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Sistemas Secuenciales
Electrónica Digital
Electrónica Básica
José Ramón Sendra SendraDpto. de Ingeniería Electrónica y AutomáticaULPGC
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Combinacional: las salidas dependen de las entradas
Secuencial: las salidas dependen de las entradas y de valores anterioresde determinadas salidas ( e.d. depende de la vida pasada del circuito)
CIRCUITOS SECUENCIALES
Sistemacombinacional
Circuito derealimentación
EntradasSalidas
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Los circuitos secuenciales pueden ser:
•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj
•Síncronos: dependen de un reloj
CIRCUITOS SECUENCIALES
Sistemacombinacional
EntradasSalidas
Salidas queactúan comoentradas
Sistemacombinacional
Elementos dememoria
EntradasSalidas
Generador deimpulsos de
reloj
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Las células básicas de los circuitos secuenciales son los biestables loscuales pueden ser:
•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj
•Síncronos: dependen de un reloj
•Activos por nivel
•Activos por flanco � Flip-Flops
Los más utilizados son:•RS•JK•D•T•etc
CIRCUITOS SECUENCIALES
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BIESTABLE RS NOR
BIESTABLES ASÍNCRONOS
S
0 0 1 1
R
0 1 0 1
Q(t+1)
Q(t) 0 1
Indeseable
Q(t+1)
Q(t) 1 0
S 0 0 0 0 1 1 1 1
R 0 0 1 1 0 0 1 1
Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1
Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 - -
No cambiaResetSet
- -
Indeseable
Cuando R≠≠≠≠S la salidasigue a la S
No cambia
S
R Q
Q
Tabla de Verdad
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BIESTABLE RS NOR
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
0 0 1 1
Q(t+1)
0 1 0 1
S
R Q
Q
Tabla de Transición
S
0 1 0 X
R
X 0 1 0
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BIESTABLE RS NAND
BIESTABLES ASÍNCRONOS
S
0 0 1 1
R
0 1 0 1
Q(t+1)
Q(t) 0 1
IndeseableQ(t+1)
Q(t) 1 0
S 0 0 0 0 1 1 1 1
R 0 0 1 1 0 0 1 1
Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1
Q(t+1) - - 1 1 0 0 0 1
No cambiaResetSet
- -
Indeseable
Cuando R≠≠≠≠S la salidasigue a la R
No cambia
S
R Q
Q
Tabla de Verdad
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BIESTABLE RS NAND
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
0 0 1 1
Q(t+1)
0 1 0 1
Tabla de Transición
S
1 0 1 X
R
X 1 0 1
S
R Q
Q
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BIESTABLE JK
BIESTABLES ASÍNCRONOS
J
0 0 1 1
K
0 1 0 1
Q(t+1)
Q(t) 0 1
Cambia
Q(t+1)
Q(t) 1 0
J 0 0 0 0 1 1 1 1
K 0 0 1 1 0 0 1 1
Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1
Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 1 0
No cambiaResetSet
Cambia
Cuando J≠≠≠≠K la salidasigue a la J
No cambia
K
J Q
Q
Tabla de Verdad
Q(t) Q(t)
Oscilación para J=K=1 → Carreras →→→→No se suelen usar →→→→ Sol: BiestableJK M/S
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BIESTABLE JK
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
0 0 1 1
Q(t+1)
0 1 0 1
Tabla de Transición
J
0 1 X X
K
X X 1 0
K
J Q
Q
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BIESTABLE TIPO T ( = JK cortocircuitando J=K)
BIESTABLES ASÍNCRONOS
T
0 0 1 1
Q(t)
0 1 0 1
Tabla de Verdad
Q(t+1)
0 1 1 0
T Q
Q
No cambia
Cambia (TOGGLE)
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BIESTABLE TIPO D ( No hace nada, sirve de memoria)
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
Q(t)
D
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NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS
Generación de un GLITCH
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NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS
Efecto de un GLITCH sobre un biestable
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Entradas asíncronas → no dependen de reloj → PRESET (poner a 1la salida) y CLEAR (poner a 0 la salida)
BIESTABLES SÍNCRONOS
Activas a nivel alto Activas a nivel bajo
PR
CLR
PR
CLR
No pueden estar activas a la vez
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Entradas de reloj → CK, CLK, CLOCK ...
BIESTABLES SÍNCRONOS
Disparo por nivel
nivel altoCLK
nivel bajoCLK
Disparo por flanco
flanco desubida CLK
flanco debajada CLK
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Entradas síncronas → dependen del reloj → R, S, J, K, T, D
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R
K
J T
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Orden de prioridad:
1.- Entradas Asíncronas2.- Entrada de Reloj3.- Entradas Síncronas
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
Q
PR
CLR
CLK S
R Q
Q
PR
CLR
CLK
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BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR NIVEL
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
QC
C S R Q Q0 X X Q Q1 0 0 Q Q1 0 1 0 11 1 0 1 01 1 1 1 1
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BIESTABLE RS SÍNCRONO CON ENTRADAS ASÍNCRONAS
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
Q
PR
CLR
CLKC S R Q(t+1)X X X 1X X X 0X X X 1*0 0 Q(t)1 0 10 1 01 1 Indeterminado
Indeseado
PR CLR0 11 00 01 11 11 11 1
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BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO (FLIP-FLOP)
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
QCLK
C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 1 1
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BIESTABLE JK MAESTRO ESCLAVO (MASTER-SLAVE)
BIESTABLES SÍNCRONOS
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FLIP-FLOP JK SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO
BIESTABLES SÍNCRONOS
K
J Q
QCLK
K
J Q
QCLK
C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 Q Q
C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 Q Q
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BIESTABLE TIPO D
BIESTABLES SÍNCRONOS
D Q
QCLK
C D Q(t) Q(t+1)0 0 0 00 0 1 10 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 01 1 0 11 1 1 1
Modo memoria
Modo transparente
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FLIP-FLOP TIPO D
BIESTABLES SÍNCRONOS
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FLIP-FLOP TIPO T
BIESTABLES SÍNCRONOS
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
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Definición: Circuito secuencial cuyas salidas representan en undeterminado código el número de impulsos que se aplican a la entrada
Estructura: Biestables activados por flanco (FF) conectados entre sí
Módulo (M): número de valores por los que pasa (divisor por M)
Tipos:•Ascendentes•Descendentes
Tipos:•Asíncronos → Los FF no comparten la misma señal de reloj•Síncronos → Los FF comparten la misma señal de reloj:
•Síncronos propiamente dichos•Contadores basados en registros de desplazamiento
CONTADORES
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CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS
Secuencia
de cuentaCondiciones de funcionamiento
A2 A1 A0
0 0 0
0 0 1 A0 cambia de 0 a 1
0 1 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.
0 1 1 A0 cambia de 0 a 1
1 0 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 1 a 0; A2 cambia
1 0 1 A0 cambia de 0 a 1
1 1 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.
1 1 1 A0 cambia de 0 a 1
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J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1”
�
�
Entrada deimpulsos acontar
�
��
QA QB QC
Q Q Q
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS → Utiliza FF tipo T o tipo JK
Problema → lento ya que cada FF debe esperar a que el anterior bascule
Módulo = M = 2n = 23 = 8 impulsos
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CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS → Módulo ≠ 2n
Se parte de un contador de M = 2n y se conecta la primera combinación nodeseada mediante una NAND a las entradas CLEAR de los FF JK o T.
Ej: contador M = 12
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1” � � �
�
�
Entrada deimpulsos acontar
� � �� C C C C
�
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
TABLA DE TRANSICIONES SEÑALES DE CONTROL
ESTADO ACTUALESTADO
SIGUIENTEENTRADAS SÍNCRONAS
QD QC QB QA QD QC QB QA JD KD JC KC JB KB JA KA
0 0 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 0 X 1 X
0 0 0 1 0 0 1 0 0 X 0 X 1 X X 1
0 0 1 0 0 0 1 1 0 X 0 X X 0 1 X
0 0 1 1 0 1 0 0 0 X 1 X X 1 X 1
0 1 0 0 0 1 0 1 0 X X 0 0 X 1 X
0 1 0 1 0 1 1 0 0 X X 0 1 X X 1
0 1 1 0 0 1 1 1 0 X X 0 X 0 1 X
0 1 1 1 1 0 0 0 1 X X 1 X 1 X 1
1 0 0 0 1 0 0 1 X 0 0 X 0 X 1 X
1 0 0 1 1 0 1 0 X 0 0 X 1 X X 1
1 0 1 0 1 0 1 1 X 0 0 X X 0 1 X
1 0 1 1 1 1 0 0 X 0 1 X X 1 X 1
1 1 0 0 1 1 0 1 X 0 X 0 0 X 1 X
1 1 0 1 1 1 1 0 X 0 X 0 1 X X 1
1 1 1 0 1 1 1 1 X 0 X 0 X 0 1 X
1 1 1 1 0 0 0 0 X 1 X 1 X 1 X 1
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
Simplificamos por Karnaugh:
JD=KD=QAQBQC
JC=KC=QAQB
JB=KB=QA
JA=KA=“1”
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1”
�
�
�
�
Entrada deimpulsos acontar �
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QA QB QC QD
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
Podemos ahorrar puertas lógicas si nos damos cuenta que:
JA=KA=“1”
JB=KB=QA
JC=KC=JBQB
JD=KD=JCQC
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1”
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C�
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QA QB QC QD
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: UP/DOWN Counter M = 5
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: UP/DOWN Counter M = 5
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA → Ej: Contadorde la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA → Ej: Contadorde la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DEDESPLAZAMIENTO →→→→ CONTADOR EN ANILLO
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CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DEDESPLAZAMIENTO →→→→ CONTADOR JOHNSON O ANILLO INVERTIDO