SISTEMAS SECUENCIALES SÍNCRONOS

SISTEMAS SECUENCIALES SÍNCRONOS
Según la forma de realizar el elemento de memoria nos podemos encontrar
distintos tipos de sistemas secuenciales, principalmente dos:
· Sistemas Secuenciales Síncronos, en los que su comportamiento puede
definirse en instantes de discretos de tiempo, se necesita una
sincronización de los elementos del sistema mediante una señal de reloj,
que no es más que un tren de pulsos periódico. Las variables internas no
cambian hasta que no llega un pulso del reloj.
· Sistemas Secuenciales Asíncronos, actúan de forma continua en el
tiempo, un cambio de las entradas provoca cambios en las variables
internas sin esperar a la intervención de un reloj. Son sistemas más
difíciles de diseñar.
El cambio de las variables internas se puede producir de dos maneras en un
sistema secuencial síncrono:
· Por niveles, cuando permiten que las variables de entrada actúen sobre el
sistema en el instante en el que la señal de reloj toma un determinado
nivel lógico (0 ó 1).
· Por flancos, o cambios de nivel, cuando la acción de las variables de
entrada sobre el sistema se produce cuando ocurre un flanco activo del
reloj. Este flanco activo puede ser de subida (cambio de 0 a 1) o de bajada
(cambio de 1 a 0).
El elemento de memoria básico de los circuitos secuenciales
síncronos es el biestable. Almacena el estado 0 ó el estado 1,
y de ahí su nombre, tienen dos estados estables de
funcionamiento.

También se les suele conocer como FLIP-FLOPS.


TIPOS DE BIESTABLES
Biestable RS
El biestable básico es el RS. Su símbolo lógico se muestra a continuación.
Tiene dos entradas S(set) y R(reset), y tiene dos salidas complementarias Q (qn)
y Q, tiene además una entrada CLK(reloj) activa por flanco de subida.

Biestable D (Latch o Cerrojo)
Se trata de otro tipo de Biestable, esta vez con una entrada D(datos) y dos
salidas de estados complementarias, Q. Cuenta además con una entrada de
CLK(reloj), activada por flanco de subida. También puede contar con dos
entradas más, conocidas por PR (de preset: reiniciar) y CLR (de clear:
despejar). Estas últimas son de tipo asíncrono.

El Biestable D que aparece en la figura, puede funcionar de dos formas:
· Síncrona: usa una señal de reloj.
· Asíncrona: usa las señales PR Y CLR.
De forma síncrona lo hace de la siguiente manera: Si la transición de la señal
de reloj es de bajo a alto (o sea, de 0 a 1) se traslada el dato D a la salida, se dice
que el biestable ha sido disparado por la señal de reloj. Si por el contrario la
transición en el pulso de reloj es de estado alto a bajo (o sea, pasa de 1 a 0) el
biestable no responde. En este caso, el último valor permanece almacenado sin
cambios.
Las entradas PR y CLR son lo que se llaman entradas asíncronas, pues
independientemente de cómo esté la señal de reloj, reiniciarán (pondrán un 1 en
la salida) o despejarán (pondrán un 0 en la salida) el biestable. Éste es el modo
de funcionamiento asíncrono.


Biestable JK
El biestable JK puede considerarse como el biestable universal. Dispone de tres
entradas síncronas J y K, para especificar la operación y CLK, para disparar el
biestable. También consta de dos entradas asíncronas PR y CLR, y por supuesto
dos salidas complementarias.
Su ecuación característica es: Qn+1 = JQn’ + K’Qn

SECUENCIALES  ASÍNCRONOS

Los circuitos secuenciales asíncronos o autómatas finitos
asíncronos, también suelen denominarse como circuitos en
modo fundamental. Estos circuitos no usan elementos
especiales de memoria, pues se sirven de los retardos propios
(tiempos de propagación) de las compuertas lógicas usados en
ellos. Esta manera de operar puede ocasionar algunos
problemas de funcionamiento, ya que estos retardos naturales
no están bajo el control del diseñador, por lo que una de sus
principales características consiste en no permitir cambios
simultáneos en las variables de entrada, a fin de evitar el
fenómeno de carreras críticas entre variables de entrada

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.

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).

Formas de construir registros de desplazamiento

Se pueden combinacionales y secuenciales). Por ejemplo:

·         Registro de entrada paralelo y salida serie. Puede construirse con un multiplexor digital combinacional y un contador. Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador (el bMs del MUX conectado al bMs del contador), dicho contador deberá estar en modo de carrera libre.

·         Registro de entrada serie y salida paralelo. Similar al caso anterior, se sustituye el muliplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de éste serán las salidas paralelos.

·         Biestables en cascada. Con esto y la lógica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales, aunque en este caso es más aconsejable disponer del 74HC194, dado que ocupa mucho menos espacio (y el precio del integrado es muy asequible) y en un solo integrado incluye las cuatro posibles configuraciones y la funcionalidad de desplazar los bits en ambos sentidos.

          Temporizador 

  El circuito electrónico que más se utiliza, tanto en la industria como en circuitería comercial, es el circuito de retardo de tiempos o temporizador, dentro de la categoría de temporizadores, cabe destacar el más económico y también menos preciso consistente en una resistencia y un condensador, como ya veremos, a partir de aquí se puede contar con un sinfín de opciones y posibilidades. En este manual se tratarán unos tipos sencillos para adquirir conocimiento de cómo conseguir un retardo en un sistema que no requiera gran precisión y terminaremos por analizar un temporizador de mayores prestaciones y sobre todo precisión.

 Cuando necesitamos un temporizador, lo primero que debemos considerar es la precisión en el tiempo de retardo, es una base muy importante para determinar los elementos que vamos a utilizar en su concepción y diseño.

Como se ha mencionado anteriormente un temporizador básicamente consiste en un elemento que activa o desactiva una carga después de un tiempo preestablecido más o menos largo. De esta manera podemos determinar el parámetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de programarse, se active o desactive o lo que es lo mismo, simplemente cierre o abra un contacto.

CONTADORES

Un contador es un circuito secuencial cuyo diagrama de estados se encuentra en un 

ciclo. De esta manera, una vez que llega al estado final, vuelve a comenzar la misma 

secuencia de estados.  

La cantidad de estados por los que pasa el contador se denomina módulo del contador. 

Por ejemplo, para un contador del 0 al 5 (módulo 6), su diagrama de estados es el que se 

muestra en la siguiente figura: 

Un contador módulo 10 (0-9) es también llamado un contador de décadas. Un contador 

cuyo módulo es un valor de 2

n

 es llamado contador binario (2, 4, 8, 16, 32, etc.). 

En su caso más general, un contador no tiene ninguna entrada que afecte la secuencia de 

estados, mientras que su salida corresponde al valor numérico del estado actual. A esto 

último se le conoce como salida codificada en el estado. Cuando se utiliza esta técnica, 

no es necesario generar ecuaciones para el bloque de salida. 

EL CONTADOR 74163

Este es un circuito de mediana escala de integración (MSI) cuyo comportamiento es el 

de un contador binario de 4 bits. Por medio de sus entradas, se puede controlar su 

funcionamiento de alguna de las siguientes formas: 

• Contador: El valor de sus salidas se incrementa en 1. El rango de conteo es del 

0 al 15. 

• Carga paralela: Las salidas toman el valor de las entradas de carga. 

• Reset: El valor de las salidas se vuelve cero. 

• Mantener: No se modifica el valor de la salida. 

Todas las funciones del 74163 son síncronas, es decir, se requiere que se presente la 

señal de reloj para que se ejecuten. 

Las siguientes figuras muestran la distribución de terminales en la pastilla, así como la 

tabla de verdad del contador.