UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CONO SUR DE LIMA(UNTECS) Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones CIRCUITOS DIGITALES II CIRCUITOS DIGITALES SECUENCIALES: REGISTROS Integrantes: ING. ORLANDO ORTEGA GALICIO 2013 1. OBJETIVOS Observar el movimiento de información en un registro de Desplazamiento. Medir el tiempo que demora un dato desde su ingreso hasta la salida en el registro Conocer el funcionamiento de los diferentes Registros en C.I 2. FUNDAMENTO TEORICO REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Un registro de desplazamiento es una cadena de flip flops tipo D interconectados de tal modo que la información almacenada en ellos experimenta un corrimiento hacia la izquierda o hacia la derecha con cada pulso de reloj. Esto significa que cada vez que ocurre un pulso de reloj el bit almacenado en cada flip flop de la cadena se transfiere o desplaza al slip flop siguiente o adyacente. Los bloques individuales que representamos en la siguiente figura nos muestra cómo se desplaza o como opera un registro de desplazamiento, el primer pulso de reloj ingresa el bit 0, el segundo el bit 1 y así sucesivamente. Después de ciertos pulsos nos muestra el número o cadena de bits que ha sido transferida al registro, si la entrada de datos se mantiene en ceros y se aplican pulsos de reloj la palabra previamente almacenada será expulsada bit por bit. Sirve para diseñar circuitos secuenciales, generadores de potencia, secuencias, sistemas de adquisición de datos. CLASIFICACIÓN: Storage registrer (Almacenamiento). Shift registrer(Desplazamiento). REGISTROS DE ALMACENAMIENTO Se forman a partir de biestables de tipo D, de los cuales se necesitaran n biestables para almacenar n bits. Estos circuitos son síncronos, y todos los biestables están controlados por la misma señal de reloj. En las entradas D estarán los datos a escribir y en Q estarán los datos almacenados. La abstracción de un registro de almacenamiento de n bits: Banco de Registros: Son un conjunto de registros que permiten escribir y leer datos, soportan las operaciones de lectura y escritura. Escritura: El dato a escribir se envía a la entrada de datos de todos los registros, de los cuales se seleccionara en el que se desea escribir mediante un decodificador, y la señal Escribe se conectara a la entrada de Habilitación del decodificador, y cuando esta se vuelva a desactivar (flanco de bajada) el dato se escribe en el registro seleccionado. Lectura: Los datos almacenados en los registros llegan continuamente a un multiplexador de n bits, para leer un registro en concreto se selecciona mediante las entradas del multiplexador. REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Un registro de desplazamiento es un circuito digital secuencial (es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores) consistente en una serie de biestables, generalmente de tipo D, conectados en cascada (Fig. 1), que basculan de forma sincrónica con la misma señal de reloj. Según las conexiones entre los biestables, se tiene un desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la información almacenada. Es de señalar que un desplazamiento a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales, que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universales, además de bidireccionales permiten la carga en paralelo. TIPOS DE REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento se clasifican como: Serie-Serie: sólo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización. Paralelo-Serie: 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. 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. Paralelo-Paralelo: tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se usan para cálculos aritméticos. 1. SISO 2. SIPO 3. PISO 4. PIPO 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). APLICACIONES Además de la conversión serie-paralelo y paralelo-serie, los registros de desplazamiento tienen otras aplicaciones típicas: Generador pseudoaleatorio. Se construye con un registro de desplazamiento, realimentando a la entrada una combinación de varias salidas, normalmente un or exclusivo entre ellas. Multiplicador serie. Se realiza la multiplicación mediante sumas y desplazamientos. Un ejemplo es el 74LS384. Registro de aproximaciones sucesivas. Se usa en conversores A/D. Se van calculando los bits sucesivamente, empezando por el más significativo. Mediante un conversor DAC se compara la entrada analógica con los resultados parciales, generando el siguiente bit. Retardo. Se pueden utilizar para retardar un bit un número entero de ciclos de reloj (consiste simplemente en un conjunto de biestables en cascada, tantos como ciclos de reloj deseemos retardar los bits). 3.- PRODEDIMIENTO REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO SERIE CON FLIP-FLOP: a) Implementar el siguiente circuito de desplazamiento: b) Usando el pulsador resetee el circuito En un inicio se resetea el registro para que este en óptimas condiciones a la hora de ingresar los datos. c) Usando S1 aplique un pulso de aproximadamente 1 segundo de duración usando el reloj determine cuanto demora dicho dato (1 lógico) en llegar a la salida serie del registro. Al aplicar el pulso o ingresar el dato (1 lógico) el dato pasa de un proceso k demora unos dos segundos en promedio; es decir, provoca un retardo temporal en la salida. d) Explique cómo se está trasladando el dato en el registro Y como ya mencionamos al ser una registro siso o entrada / salida serie el dato ingresado tendrá que extraerse serialmente por medio de los 4 flipflop que componen dicho registro, esto lleva un tiempo prudente y se aprecia un avance progresivo del dato en las siguientes fotografías tomadas: En este caso utilizamos el S1 (switch) y proporcionamos el primer pulso (1 lógico) que será el dato que se debe conseguir en la salida del registro. FIGURA 1. FIGURA 2. FIGURA 3. FIGURA 4. En la figura 5 se aprecia como luego de extraer el dato serialmente se obtiene el 1 lógico en la salida del registro. (se enciende el último led rojo de la derecha) Luego de obtener el dato nuevamente podemos ingresar un nuevo dato en este caso utilizamos el S1 para obtener un 0 lógico y este será el nuevo dato que se debe extraer. FIGURA 5. FIGURA6. FIGURA 7. FIGURA 8. FIGURA 9. e) Escriba sus observaciones y/o conclusiones. Se obtiene al igual que el caso anterior el dato, en este caso el 0 lógico, comprobando en la práctica el funcionamiento de un registro SISO, que tiene un retardo en el tiempo para extraer el dato. REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO SIPO (Serial Input Paralelo Output): a) Realizar el siguiente circuito b) LIMPIAR (CLEAR) el Registrador de desplazamiento (1º línea Tabla de función) - Coloque el switchCLEAR en 0 (L), las entradas CLK A, B son irrelevantes (X). - Deberá observar que las salidas QA……QH= 0 (L). Es decir los leds deberán estar apagados. Al colocar CLEAR=0, los leds permanecen apagados y se borran cualquier información que haya sido guardada. c) FUNCION SIPO (Serial Input Parallel Output)(3º línea Tabla de función) SRG8 R C1/-> & 1D 1 3 2 4 5 6 10 8 11 12 9 13 +5V +5V 1 2 3 1 2 3 +5V +5V +5V - Coloque CLEAR en 1(H), A=1(H), B se encuentre conectado permanente en 1 (+5v) (H). - Active el generador de pulsos manual (clock manual) 8 veces (ida y vuelta). - Deberá observar que los leds se van iluminando uno por uno cada vez que llega el filo delantero del uso del clock. Es decir, el bit H (lógico 1) que ingresa por la entrada serie A va apareciendo sucesivamente por QA……QH. d) ¿Qué sucede cuando el clock manual es accionado 3 veces más? ¿Qué sucede con los leds? El diodo led del clock manual continúa prendiéndose y apagándose normalmente. Se observa que los leds se van iluminando secuencialmente desde QA, hasta QH, esto se debe a que el valor ingresado en la entrada A es igual a 1, y además estos leds permanecen totalmente encendidos. e) Coloque ahora (4º línea de la Tabla de Función) CLEAR=1 (H), A=0 (L), B es irrelevante. Active el clock manual 8 veces (ida y vuelta). Deberá observar que los leds se van apagando uno por uno cada vez que llega el filo delantero del pulso de clock. Es decir, el apagando uno por uno cada vez que llega el filo delantero del pulso de clock. Es decir, el bit L (lógico 0) que ingresa por la entrada serie A va apareciendo sucesivamente por QA…..QH. DESPLAZAMIENTO DE 1 BIT (H) a) Limpie el registrador de desplazamiento coloque CLEAR=0 (L) y luego, páselo a 1 (H), de tal forma que tenga QA……QH =0(L). b) Coloque A=1 (H). Accione el clock manual 8 veces (ida y vuelta). Cuando colocamos CLEAR en 1 y A en 1, los leds del QA hasta el QH, se mantienen todos encendidos, se debe a que es un registro de desplazamiento SIPO (entrada serie – salida paralelo), ya que sus salidas (que vienen hacer los leds) se obtienen los mismos resultados. c) Retorne la entrada A=0 (L) y accione el clock manual 8 veces (ida y vuelta). Cuando colocamos CLEAR en 1 y A en 0, los leds del QA hasta el QH, se van apagando uno por uno (que se ve en la imagen de la izquierda) hasta que llega estar totalmente apagado (imagen de la derecha), ya que esto se debe a la entrada que le damos, en este caso es la entrada A =0. CIRCUITO CIRCULANTESIPO (Serial Input Paralelo Output): Este circuito es un registro SIPO y su estructura es muy similar a la de un registro con entrada y salidas en serie. El funcionamiento del circuito es que al dar el pulso cada uno de los leds se van prendiendo consecutivamente en el octavo pulso ya se prendieron los 8 leds y los siguientes 8 pulsos serán para apagar los leds en la forma mismo orden en que se prendieron y luego de estos 16 pulsos se vuelve a repetir el mismo ciclo. SRG8 R C1/-> & 1D 1 3 2 4 5 6 10 8 11 12 9 13 U1 74LS164 1 2 3 U2:A 7400 4 5 6 U2:B 7400 R1 1k R2 1k D1 LED-RED D2 LED-RED 1 2 U3:A 7404 R3 100 BAT1 5V BAT2 5V pulso led8 led7 led6 led5 led4 led3 led2 led1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 1 1 3 0 0 0 0 0 1 1 1 4 0 0 0 0 1 1 1 1 5 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 0 1 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 1 1 1 1 1 0 10 1 1 1 1 1 1 0 0 11 1 1 1 1 1 0 0 0 12 1 1 1 1 0 0 0 0 13 1 1 1 0 0 0 0 0 14 1 1 0 0 0 0 0 0 15 1 1 0 0 0 0 0 0 16 0 0 0 0 0 0 0 0