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TEMA TEMA 12 12 Circuitos Circuitos secuenciales secuenciales Introducción Introducción Biestable Biestable RS RS asíncrono asíncrono Biestables Biestables RS RS síncronos síncronos Otros Otros biestables biestables Características Características temporales temporales de de los los biestables biestables Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-1

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Introducción Introducción Circuito Circuito secuencial secuencial es es aquél aquél cuya cuya salida salida en en cualquier cualquier momento momento depende depende no no sólo sólo de de las las entradas entradas en en ese ese momento, momento, sino sino también también de de su su evolución evolución anterior; anterior; es es decir decir de de la la secuencia secuencia de de las las entradas entradas aa que que estuvo estuvo sometido sometido en en instantes instantes anteriores. anteriores. La evolución pasada está almacenada en unos elementos con capacidad de memorizar el estado interno. Cada bit de información de estado se guarda en un biestable. St

Et It+∆t

Qt+∆t

It

Qt

CIRC. CIRC. CO. CO. ESTADO ESTADO (f) (f)

CIRC. CIRC. COMB. COMB. SALIDA SALIDA (g) (g)

BIESTABLES BIESTABLES (Memoria) (Memoria)

Q t + ∆t = f (E t , Q t )

Ecuaciones de ESTADO

EVOLUCIÓN TEMPORAL (Actualización)

S t = g(E t , Q t )

Ecuaciones de SALIDA

VALORES INSTANTÁNEOS

Tema 12. Circuitos secuenciales

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1

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Circuitos Circuitos asíncronos asíncronos yy síncronos síncronos

Cambia de estado y de salida frente a un cambio de las entradas adecuado

ASÍNCRONOS

Cambia de estado cuando se produce un evento de una señal especial de entrada a los biestables, denominada señal de reloj.

Puede haber cambio de estado sin cambio de entradas

Alto Activo por Nivel Bajo

SÍNCRONOS Clases

Activo por Subida Flanco Bajada

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Biestable Biestable RS RS asíncrono asíncrono

ON

S

OFF

R

LUZ

Q

S S

R R Q Qtt

00 00 00 00 11 11 11 11

00 00 11 11 00 00 11 11

1

0

Q Qt+∆t t+∆t

00 11 00 11 00 11 00 11

00 11 00 00 11 11 11 11

a y f) Continuar apagado c) Continuar encendido g) Apagar mientras apagado e) Apagar (Reset) b) Encender (Set) d) Encender mientras encendido h) Inscripción prioritaria

Q S

0

R

0

1 a

1 e

1

1

1

0 0

0

0 1

Tema 12. Circuitos secuenciales

0

1 b

1

0 f 0

0

1

0

1

0 1

1 c

1

0 g 1

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0

1

0

0

1

0 1

0

1 d

0

1 h 1

0

1

0

0

1

1 1

12-4

2

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Inscripción Inscripción prioritaria prioritaria

Borrado Borrado prioritario prioritario

S S

R Q

Q

Q*

R

Q*

S

* No se cumple para los valores de entrada S=1 y R=1

¿Cómo ¿Cómo hacer hacer que que Q* Q* siempre siempre sea sea Q? Q? S

S Q

Q

R

Tema 12. Circuitos secuenciales

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3 3

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Biestables Biestables RS RS síncronos síncronos

Activos Activos por por nivel nivel

Activo Activo por por flanco flanco (edge-triggered) (edge-triggered)

S

S

CK

CK

R

R

A B

Activo Activo por por flanco flanco (master-slave) (master-slave) S

QM

SM

SS

RS master R

RM

Q RS slave

RS

CK Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-6

3

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4 4

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Otros Otros biestables biestables Biestable Biestable latch latch (asíncr.) (asíncr.)

D

Q

C

Biestable Biestable D D

D D

C C

Q Qt+∆t t+∆t

X X

00

Q Qtt

Cerrado

D

00

11

00

11

11

11

Modo transparente

CK

00

00

11

11

Q

CK

CK CK

Q Qt+∆t t+∆t

00

00

11

11

Captura del dato

Biestable Biestable T T

T

D D

Q

Biestable Biestable JK JK

TT

CK CK

00

Q Qtt

11

Q Qtt

Tema 12. Circuitos secuenciales

JJ

Q

Q Qt+∆t t+∆t

J=S K=R CK

K K

CK CK

Q Qt+∆t t+∆t

00

00

Q Qtt

11

00

11

00

11

00

11

11

Q Qtt

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Ejemplo: Ejemplo: AA partir partir de de un un biestable biestable JK, JK, construir construir un un biestable biestable TT T

J

Q

K

Q

CK

Ejemplo: Ejemplo: AA partir partir de de un un biestable biestable D, D, construir construir un un biestable biestable TT

Ejemplo: Ejemplo: AA partir partir de de un un biestable biestable RS, RS, construir construir un un biestable biestable JK JK

T

0 1

T J D

CK

Tema 12. Circuitos secuenciales

Q

S

Q

R

Q

CK K

Q

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4

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Otras Otras señales señales Inicialización Inicialización de de biestables biestables 0

1

No hay acuerdo en el uso de esta terminología

ASÍNCRONOS

reset

preset

La inic. asíncrona es inmediata, mientras que la síncrona se espera al primer flanco activo de reloj

SÍNCRONOS

clear

set Las señales de inicialización suelen ser activas por nivel bajo (la acción se produce cuando la señal es 0)

Ejemplo: Ejemplo: Biestable Biestable D D con con clear clear clear

D

D

Q

Ejemplo: Ejemplo: Biestable Biestable D D con con reset reset D

Q

D

La inic. síncrona se puede considerar como parte de la funcionalidad

CK

CK

reset Tema 12. Circuitos secuenciales

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Circuitos Circuitos secuenciales secuenciales Aplicaciones Aplicaciones Contadores Contadores asíncronos asíncronos Contadores Contadores síncronos síncronos Registros Registros de de desplazamiento desplazamiento

Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-10

5

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1 1

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Contadores Contadores asíncronos asíncronos

AA

Contador Contador nn bits bits –– Divisor Divisor de de frecuencia frecuencia Notación:

Contador de 3 bits ascendente

T

1

Q

Q CK

Q

CK

CK

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q0

0

1

0

1

0

1

0

Q1

0

0

1

1

0

0

1

Q2

0

0

0

0

1

1

1

Tema 12. Circuitos secuenciales

frec(Q 2 ) =

frec(CK ) 23

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12-11

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BB

Q2

La señal de reloj no actúa simultáneamente sobre todos los biestables, sólo en el 1º, los siguientes actúan con la señal Q del biestable precedente.

CK Q0

Q1

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Contadores Contadores ascendentes ascendentes yy descendentes descendentes Flanco

Salida

Contador de 3 bits descendente

Q

down

up

Q

up

down

000 001 010 011 100 101 110 111

111 110 101 100 011 010 001 000

CK

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q0

Q1

Q2

¿Cómo ¿Cómo hacer hacer un un contador contador up-down? up-down?

Solución: Solución: Cambiar Cambiar el el flanco flanco activo activo del del reloj. reloj. Tomar Tomar como como salidas salidas las las Q Q de de los los biestables. biestables.

Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-12

6

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CC

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m .. Ejemplo: Contadores Contadores de de 00 aa nn = = 22m Ejemplo: Contador Contador de de 00 aa 99

CK

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q0

Q1

Q0 Q1 Q2 Q3

Q2

Q3

reset

Ck Q

7

8

9

0

1

reset 10 POSIBLES PROBLEMAS !!

Se debe codificar el valor siguiente al último valor que se quiera contar.

Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-13

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2 2

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Contadores Contadores síncronos síncronos Contador síncrono de 1 bit

Cout Cin

T

Q

CK

Si la salida del biestable precedente es 1 Æ Qt +∆ t cambia

Tabla Tabla de de estados estados C Q Cin Qtt in 00 00 11 11

Tema 12. Circuitos secuenciales

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00 11 00 11

C Q t+∆t Cout out Qt+∆t 00 00 00 11

00 11 11 00

12-14

7

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Ejemplo: Contador síncrono de 3 bits

Cin

T0 Q0

T1 Q1

T2 Q2

Cout

CLK 1

2

3

4

5

6

7

8

9

CLK Cin Q0 T1 Q1 T2 Q2

Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-15

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3 3

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Registros Registros de de memoria memoria Se Se llaman llaman también también REGISTROS REGISTROS PARALELOS PARALELOS oo REGISTROS REGISTROS DE DE ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO

E2

E0

E1 D2

D1

Q2

Q1

D0

Q0

CK S1

S2

Entrada Entrada paralelo paralelo

Tema 12. Circuitos secuenciales

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S0

Salida Salida paralelo paralelo

12-16

8

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4 4

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Registros Registros de de desplazamiento desplazamiento Tipos Tipos

Serial Serial Input Input -- Serial Serial Output Output (SISO) (SISO)

E

S

CK ...

Serial Serial Input Input -- Parallel Parallel Output Output (SIPO) (SIPO)

Q0

E0

Q1

Qn

E1

En ...

L

Parallel Parallel Input Input -- Serial Serial Output Output (PISO) (PISO)

Tema 12. Circuitos secuenciales

S

CK

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12-17

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Registro Registro SIPO: SIPO: ENTRADA ENTRADA SERIE SERIE -- SALIDA SALIDA PARALELO PARALELO S0

S1

S2

S3

E D0

Q0

D1

Q1

D2

Q2

D3

Q3

CK

CK E Q0 Q1 Q2 Q3 Tema 12. Circuitos secuenciales

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12-18

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Registro Registro PISO: PISO: Entrada Entrada paralelo paralelo – – Salida Salida serie serie E1

E0 D0

E2 0 1

Q0

D1

Q1

0 1

S D2

Q2

CK L = Desplazar/Cargar

CARGAR CARGAR

RELOJ RELOJ

DESPLAZAR DESPLAZAR E0

Comunicaciones Serie

E1

RELOJ RELOJ

CARGAR CARGAR

RELOJ RELOJ

En ... S

L

E

PISO

SIPO CK ... S0

Tema 12. Circuitos secuenciales

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S1

Sn 12-19

10