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Parte 1: Contadores de Rizo

Contadores

Son circuitos digitales lógicos secuenciales de salida binaria o cuenta binaria, característica de temporización o memoria por lo cual están constituidos a base de flip-flops.

Contadores de Rizo

Son dispositivos contadores que tienen conectados los flip-flops en forma asincrona, es decir, que no,tienen conectadas las entradas de reloj (CLK) en paralelo, sino que tiene que esperar que el primer flip-flop, al activarse por el pulso conmute generando una salida, la cual active o coloque en modo de conmutacion al siguiente flip-flop, el cual con el siguiente pulso conmuta activando al siguiente y asi sucesivamente. El modo de conmutacion en los flip-flop se consigue colocando las entradas J y K en ALTA (1 logico).

El módulo de un contador está determinado por la cuenta máxima a la que es diseñado, es decir, si el contador es diseñado para que cuente de 0 a 15 su módulo es el 16 (contador módulo 16) y simplificado se denomina contador mod-16, si es diseñado para contar de 0 a 9 será un contador módulo 10 o mod-10, etc. Un contador de n-bit contiene flip-flops y puede contra desde 0 hasta  2ⁿ – 1.

Parar armar un contador de rizo se utilizarán ya sea flip-flops que se activen el bajo o en alto. La cantidad de estos lo determinara el mod del contador.

En el caso de los FF JK que se activan en alto:

Si se necesita un contador de forma ascendente, la salida se tomará en Q´ y para el descendente en Q.

Si queremos personalizar nuestro MOD tomaríamos los FF que forman nuestro número en binario y los 1 los conectaríamos a una compuerta AND (según su dirección ascendente o descendente), la  salida de la AND daria reset a los FF y el contador regreasaria a su estado inicial.

Para visualizar nuestro conteo tomaremos la señal de salida del FF para que prenda un led así observaremos el conteo en número binario. (según su dirección ascendente o descendente)

 

En el caso de los FF JK que se activan en bajo:

Si se necesita un contador de forma descendente, la salida se tomará en Q´ y para el ascendente en Q.

Si queremos personalizar nuestro MOD tomaríamos los FF que forman nuestro número en binario y los 1 los conectaríamos a una compuerta NAND (según su dirección ascendente o descendente), la  salida de la NAND daria reset a los FF y el contador regreasaria a su estado inicial.

Para visualizar nuestro conteo tomaremos la señal de salida del FF para que prenda un led así observaremos el conteo en número binario. (según su dirección ascendente o descendente)

Contador de rizo 10

 En el siguiente apartado veremos la parte del MOD 10 que hemos realizado, y de manera simultanea explicaremos como funciona en el video que se mostrará a continuación 

Contador de rizo 16

  En el siguiente apartado veremos la parte del MOD 16 que hemos realizado, y de manera simultanea explicaremos como funciona en el diagrama del circuito que se mostrará a continuación 

(para poder ver el gif de manera más clara puedes dar click en la imagen y tener una vista más clara de la misma)

En la imagen anterior podemos observar unas pequeñas marcas que indican del bit menos significativo al más significativo (LSB- bit menos significativo; MSB- bit más significativo).

Para el mod 16 ascendente ocupamos flip flops tipo JK que se activan en alto formando un contador asincrono, pues el segundo bit toma la señal de Q' del primero, el tercero del segundo y el cuarto del tercero.

Después se toma la señal de Q para llevarlas a leds con su tierra independiente formando así la numeración del 0 al 15 en número binario, característica de los 16 estados de nuestro mod.

Contador de millares utilizando el CI 7490

 

El CI 7490 es un componente capaz de compactar a un circuito MOD 10 ascendente, ya que cumple con la función de contar del 0 al 9 (por esta razón también se le conoce como contador de décadas ya que es capaz de contar 10 números) de forma cíclica.

El circuito esta conformado por 3 flip flops JK y 1 flip flop SR, como se observa en la imagen: 

Ese seria el 7490 por dentro, pero por fuera este se compone de dos entradas de reloj, una donde irá la principal señal de reloj (CKA) y otra (CKB) que se conectará con Q0. Para poder resetear este circuito tenemos que juntar los R0`s y conectarlos a un botón para accionarlo y este reinicie desde el estado 0, si por alguna razón ocupamos los R9`s el 7490 empezaria desde 9. Por otro lado, el circuito integrado posee 4 bits que salen de Q0,Q1,Q2 y Q3 formando asi un número binario.

Debemos tener en cuenta que si quisiéramos poner otro número con valor posicional de decenas tendríamos que conectar otro CI 7490, en otras palabras, cada CI representa un valor posicional si CKA es alimentado con Q3 del anterior. Es exactamente esto lo que hace que nuestro contador sea asíncrono, pues este debe esperar a que el contador menos significativo (LSB) termine su ciclo para cambiar de número.

A continuación mostraremos un contador de decenas:

Este contador es capaz de contar de 0 a 99 ya que solo tiene dos displays de ánodo común conectados a una línea azul llamada bus, estos nos ayudan a hacer más estéticos a la hora de hacer el circuito.

Ahora se mostrará un contador de centenas:

El numero máximo que alcanzaría este contador seria 999 debido a sus 3 bloques de CI 7490, Decodificador 7447 y display de anodo común. El conteo de la primera centena seria el estado siguiente al 99 del contador de decenas anterior.

Por ultimo el equipo explicará en un video un contador de millares:

Contadores Síncronos

Contadores síncronos:

En los contadores asíncronos los FF no están conectados al mismo reloj, por lo que no cambian simultáneamente, debido a esto se dice que no están en sincronía. La señal de reloj sólo se conecta al flip-flop que representa al bit menos significativo. Los otros FF se conectan en cascada sirviendo su salida de reloj para el siguiente, hasta llegar al bit mas significativo.

Por otro lado, los contadores síncronos se diferencian de los asíncronos en que la señal de reloj será común en todos los biestables, por lo cual todos los cambios se producirán a la vez, solventan los problemas que presentan los contadores asíncronos, el único inconveniente es necesitan una lógica adicional conectada a las entradas de los biestables, lógica que se diseñara con ayuda del algebra Booleana.

El siguiente circuito muestra u contador síncrono de 3 bits:

 

Ahora veremos la explicación con el circuito contador síncrono descendente- ascendente:

Ahora veremos la explicación con el circuito del motor a pasos síncrono ascendente- descendente:

Y aquí dejamos el link del documento de las tablas de verdad y los mapas de karnaugh para que puedas comparar los resultados con el funcionamiento de los circuitos.

DOCUMENTO DE TABLAS DE VERDAD Y MAPA DE KARNAUGH

Registros de Corrimiento

 

Definición de registro de corrimiento:

Para poder comenzar tenemos que los registros de corrimiento también conocidos como registros de desplazamiento son circuitos conformados por biestables o FF generalmente tipo D conectados en serie; en los desplazamientos se transfiere información de un Flip Flop hacía el adyacente, dentro del mismo registro o la entrada o salida del mismo. El funcionamiento se realiza de manera síncrona. Dado que la memoria y el desplazamiento de información son sus características básicas, los registros son circuitos secuenciales constituidos por flip-flops, donde cada uno de ellos maneja un bit de la palabra binaria.

A continuación podemos observar un diagrama básico de un circuito de registro de corrimiento:

Principales aplicaciones:

Ahora conociendo el funcionamiento de un circuito de registro de corrimiento podemos observar que tiene distintas aplicaciones dentro de los sistemas digitales y algunas de ellas son las siguientes

Funcionar como un dispositivo de almacenamiento temporal de cierto conjunto de bits sobre los cuales se estará realizando una labor de procesamiento

También puede funcionar como un circuito de desplazamiento de datos a lo largo del Flip Flop

Puede ser un circuito dentro de un computador ocupado para manipular bytes de información ya que es muy popular el uso de estos circuitos a 8 bits

Diferencia entre los registros de corrimiento y los contadores

Para poder entender la diferencia de los registros de corrimiento y de los contadores debemos de ver la definición de los contadores:

Un contador es un circuito secuencial que genera una secuencia ordenada de salidas que se repite en el tiempo. La salida coincide con el estado de sus biestables. Los contadores son circuitos secuenciales que cuentan flancos de reloj.

A diferencia de los contadores, los registros no tienen una secuencia específica de estados y, por lo tanto no funcionan de la misma manera porque en los registros de corrimiento puede haber una secuencia distinta, mientras que en los contadores la secuencia será siempre la misma, pues esta debe de especificarse desde un comienzo para que pueda funcionar.

Clasificación de los registros de corrimiento con respecto a sus movimientos (forma de lectura y escritura):

Desplazamientos básicos de datos en los registros y de acuerdo a ellos los podemos clasificar en: SISO, SIPO, PISO, PIPO

A continuación pasaremos a definir cada una de ellas:

SISO: Aceptan datos en serie, un bit a la vez por una única línea y la información almacenada es de igual manera entregada a la salida en serie

En la imagen podemos ver como se desplaza de un nivel a otro, representando gráficamente el corrimiento de bit por unidad de tiempo, a continuación se muestra el diagrama de un SISO

SIPO: Los bits de datos se introducen en serie (empezando por un bit situado más a la derecha), disponiéndose de la salida de cada etapa y una vez que todos los bits se han almacenado se representan en su respectiva línea de salida de cada FF; todos los bits estarán disponibles simultáneamente

PISO: Los bit se introducen en sus etapas de manera simultánea a través de líneas paralelo, la salida serie se hace una vez que todos los datos están almacenados; cuando en la entrada de selección de desplazamiento hay un 0 se realiza la carga, con el inversor este cero se convierte en un 1 y por lo tanto las compuertas NAND que hay arriba y debajo de los biestables se convierten en inversores; a continuación se muestran los diagramas de los tipo PISO:

Aquí se muestra otro tipo de esquema del tipo SISO:

PIPO: Inmediatamente después de insertar los bits de datos estos aparecen en paralelo en las salidas paralelo, estos circuitos también pueden ser usados como  SISO, SIPO, PISO, cuentan con entrada shift/ load de las cuales puede encontrarse en nivel alto y bajo

A continuación mostramos una imagen del esquema de un registro de corrimiento de 8 bits (lo cual es equivalente a un byte), el cual es un registro de corrimiento tipo SISO (puedes dar click sobre las imágenes para poder verlas en mayor tamaño): 

IMAGEN DEL ESQUEMA:

IMAGEN DEL ESQUEMA EN FUNCIONAMIENTO: 

A continuación se muestra un vídeo explicando el circuito anterior, en donde también se podrá observar el funcionamiento del mismo:

A continuación mostraremos el vídeo explicativo acerca del circuito con un registro de corrimiento que muestra en un display la palabra "Flor" letra por letra:

A continuación dejamos el link de los mapas de karnaugh y las tablas de verdad que hemos utilizado para poder realizar el circuito anterior, podrás checar el documento haciendo click en el link de a continuación:

TABLAS DE VERDAD Y MAPAS DE KARNAUGH (PDF)