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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTOS
Pilatasig Aynuca Alexis [email protected]
Paucar Socasi Elvis Patricio
[email protected]
Ingeniería Mecatrónica, 6to. Nivel, Universidad de las Fuerzas
Armadas ESPEExtensión Latacunga, Márquez de Maenza S/N Latacunga,
Ecuador.
28 de Julio de 2015
RESUMEN:
Los registros de desplazamientos contienen un papel fundamental
en el sistema digital ya que permiten almacenar un conjunto de bits
por unmomento determinado, también permiten desplazardatos a lo
largo de los flip-flops. Dentro de este temaabarcan los contadores
tipo anillos y los contadoresde tipo Johnson, cada uno de ellos
tienen suscaracterísticas de funcionamiento, sus
circuitosintegrados y sus aplicaciones en el campo digital
PALABRAS CLAVE: Flip-Flops, contadoranillos, contador Johnson,
circuitos integrados.
1. INTRODUCCIÓN El objetivo principal de los registros de
desplazamientos es permitir que la información que esingresada a
la entrada se desplazase a las salidasmientras exista una señal de
reloj, si no existe una señalde reloj o este deje de enviar la
señal en la salida seobtendrá la información que se obtuvo con
anterioridad.
2. CONTADOR ANULAR O ANILLO
Un contador anular (o de anillo) es un registro dedesplazamiento
circular en el que sólo un flip-flop estáestablecido en cualquier
instante dado; los demás estándespejados.
El bit solitario se desplaza de un flip-flop alsiguiente para
producir la sucesión de señales detemporización. En la figura 1a)
se aprecia un registro dedesplazamiento de cuatro bits conectado
comocontador anular. El valor inicial del registro es 1000. Elbit 1
se desplaza a la derecha con cada pulso de reloj yal llegar a T3
circula de vuelta a T0. Cada flip-flop estáen el estado 1 una vez
cada cuatro ciclos de reloj yproduce una de las cuatro señales de
temporizaciónque se indican en la figura 1c).
Cada salida se convierte en 1 después de latransición de borde
negativo de un pulso de reloj y siguesiendo 1 durante el siguiente
ciclo de reloj.
Las señales de temporización también puedengenerarse con un
contador de dos bits que pasa porcuatro estados distintos. El
decodificador que se ilustra
en la figura 1b) decodifica los cuatro estados delcontador y
genera la sucesión requerida de señales de
temporización [1]
a) Contador anular (valor inicial 1000)
b) Contador y decodificador
c) Sucesión de cuatro señales de temporizaciónFigura 1
Generación de señales de temporización [1]
Para generar 2 señales de temporización, serequiere un registro
de desplazamiento con 2 flip-flops o bien un contador binario de n
bits junto con undecodificador de n a 2 líneas
Por ejemplo, podemos generar 16 señales de
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temporización con un registro de desplazamiento de16 bits
conectado como contador anular, o con uncontador binario de cuatro
bits y un decodificador de4 a 16 líneas. [1]
En el primer caso, se necesitan 16 flip-flops. Enel segundo,
necesitaremos cuatro flip-flops y 16compuertas AND de cuatro
entradas para el
decodificador. También es posible generar lasseñales de
temporización con una combinación de unregistro de desplazamiento y
un decodificador. Eneste caso, el número de flip-flops es menor que
conun contador anular, y el decodificador sólo requierecompuertas
de dos entradas. La combinación sedenomina contador Johnson.
[1]
3. CONTADOR JOHNSON
Un contador anular de k bits circula un solo bitentre los
flip-flops para producir k estadosdistinguibles. El número de
estados puede duplicarsesi el registro de desplazamiento se conecta
comocontador anular con extremo conmutado. Un contadoranular con
extremo conmutado es un registro dedesplazamiento circular en el
que la salida decomplemento del último flip-flop está conectada a
laentrada del primer flip-flop. La figura 2a) muestra unregistro de
desplazamiento de este tipo. La conexióncircular se efectúa entre
la salida de complemento delflip-flop de la extrema derecha y la
entrada del flip-flopde la extrema izquierda. [1]
El registro desplaza su contenido una vez a laderecha con cada
pulso de reloj y, al mismo tiempo,el valor complementado del
flip-flop E se transfiere alflip-flop A. Empezando en el estado
despejado, elcontador anular con extremo conmutado pasa por
unasucesión de ocho estados, la cual se representa en lafigura 2b).
En general, un contador anular conextremo conmutado de k bits pasa
por una sucesiónde 2 k estados. Partiendo de ceros, cada operación
dedesplazamiento inserta unos por la izquierda hastaque el registro
queda lleno de unos. A continuación,se insertan ceros por la
izquierda hasta que el registrovuelve a estar lleno de ceros.
[1]
a) Contador anular con extremo conmutado decuatro etapas
b) Sucesión de conteo y decodificación requeridaFigura 2
Construcción de un contador Johnson [1]
Un contador Johnson es un contador anular conextremo conmutado
de k bits provisto de 2 kcompuertas decodificadoras para generar
salidascorrespondientes a 2 k señales de temporización.
Lascompuertas decodificadoras no se indican en la figura2, pero se
especifican en la última columna de la tabla.Las ocho compuertas
AND que se registran en la tabla,conectadas al circuito, completan
la construcción delcontador Johnson. Puesto que cada compuerta
se
habilita durante una sucesión dada de estados, lassalidas de las
compuertas generan ocho señalessucesivas de temporización.
La decodificación de un contador anular conextremo conmutado de
k bits para obtener 2 k señalesde temporización sigue un patrón
regular. El estado depuros ceros se decodifica tomando el
complemento delas salidas de los dos flip-flops de los extremos.
Elestado de puros unos se decodifica tomando lassalidas normales de
los dos flip-flops de los extremos.Todos los demás estados se
decodifican a partir de unpatrón 1, 0 o 0, 1 adyacente en la
sucesión. Porejemplo, la sucesión 7 tiene un patrón 0, 1
adyacenteen los flip-flops B y C . La salida decodificada seobtiene
tomando el complemento de B y la salidanormal de C , es decir, B'C
.
Una desventaja del circuito de la figura 2a) es quesi llega a
estar en un estado no utilizado, persistirá enpasar de un estado no
válido a otro y nunca llegará aun estado válido. Esto se corrige
modificando elcircuito a modo de evitar esta condición indeseable.
Unprocedimiento de corrección consiste en desconectarla salida del
flip-flop B que va a la entrada D del flip-flop C , y habilitar la
entrada del flip-flop C con la función
= ( + ) (1)
Donde DC es la ecuación para la entrada D delflip-flop C.
Podemos construir contadores Johnson paracualquier número de
sucesiones de temporización. Elnúmero de flip-flops requeridos es
la mitad del númerode señales de temporización. El número
decompuertas decodificadoras es igual al número deseñales de
temporización, y sólo se necesitancompuertas de dos entradas.
3.1 EL CIRCUITO INTEGRADO CD4017
Es un contador y divisor hasta 10, se le conocea este tipo de
circuito, como contador jhonson de
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varias etapas (en este caso 5).
El CD4017, es utilizado frecuentemente comosecuenciador de luces
y divisor de bajasfrecuencias. [2]
Figura 3 CI Contador Johnson Terminales[2]
La alimentación del circuito integrado, se hacepor medio del pin
16 y debido a su tecnología CMOS,
el CD4017 puede ser alimentado desde 3 a unos 15voltios, de
corriente continua. Sus salidas 10 en total,de 0 a 9 comienzan
desde el pin 3 (Q0) y no seencuentran de forma secuencial,
terminando en el pin11 (Q9), como se puede ver en la imagen.
[2]
Para que el CD4017 pueda realizar sus acciones,este debe recibir
un tren de pulsos por el pin 14. Cadavez que reciba un flanco
positivo, el CD4017 avanzarauna posición en su contador y al llegar
al final, activarael pin 14 (carry out) en donde podremos conectar
otrocircuito integrado CD4017 para ampliar el conteo hasta20 pasos.
[2]
A esta configuración se le suele llamar "conexiónen
cascada".
Como fuente de pulsos digitales, se suele utilizarel popular
circuito integrado 555. [2]
Velocidad de operación
CD4017 a 5v = 2 MhzCD4017 a 15v = 6 Mhz74HC4017 a 5v = 25 Mhz
(Versión TTL de altavelocidad).
Reset (pin 15): En funcionamiento normal, estepin debe ser
llevado a tierra (GND). Si queremos limitarel conteo a menos de 10
salidas, entonces se debellevar el ultimo pin de la cuenta hacia el
pin de Reset.Por ejemplo, queremos un conteo de 3 pasos,entonces se
debe conectar, la salida 4 al pin de Reset,para iniciar nuevamente
el conteo desde la primeraposición.
Clock Inhibit (pin 13): Normalmente debe estarconectado a
tierra. Pero si queremos detener elconteo, este pin deberá recibir
un estado alto, cuandopase nuevamente a nivel bajo, el conteo sigue
desdedonde se había detenido.
Carry out (pin 12): Cuando el conteo termina,este pin pasa a
estado alto momentáneamente. Se
puede utilizar para ampliar las salidas del contador,utilizando
uno o más circuitos integrados.
3.1.2 APLICACIONES
Aquí, vamos a apuntar unas pocas aplicacionesque son más
didácticas. Como ya se ha dicho, si tieneconocimiento de cómo
trabaja este circuito integrado,
tanto como contador como divisor, se estarápreparado para poder
aplicarlo sin ningún tipo deproblema.
El contador de década HC4017B dispone de diezsalidas en
secuencia que, se ponen a ALTO, cuandouna fuente de impulsos se
conecta a la entrada de relojy cuando los niveles lógicos adecuados
se aplicanal RESET y la entrada Habilitar (Enable).
Dicho esto, si observamos la gráfica anterior,podemos imaginar,
como construir un secuenciador deluces, con sólo aplicar una señal
de reloj en la entradaadecuada y aplicando una resistencia en serie
con unLED en cada salida, pronto veremos como avanza unade las
salidas, seguida de la siguiente al tiempo queaplicamos un nuevo
impulso de entrada, estosimplemente es un contador.
También vemos que al llegar a la salida 9, patilla11
(corresponde al número 10), vuelve a empezar. Loque confirma que
cuenta hasta 10. Esto, no es del todocierto, me explico, puesto
que, si hacemos unapequeña combinación en sus patillas de reloj,
enable yreset, podemos modificar el conteo obtenido. Asímismo, se
observa que la patilla de salida 12(etiquetada con ÷10), tiene un
ciclo del 50% en unacuenta de 10, ya que es Alto entre 0-4 y Bajo
entre 5-9, esto nos servirá para muchos proyectos.
4. CARACTERÍSTICAS GENERALESDE LOS REGISTROS DE
DESPLAZAMIENTOS
En estos registros las señales de entradas ysalidas pueden ser
serie o paralelo. Realizando unacombinación entre estas dos formas
se obtendrá losregistros descritos en la Tabla1
4.1 REGISTRO DE ENTRADA SERIE YSALIDA SERIE
En esta primera combinación el registro soloobtiene una sola
línea de entrada de datos lo quesignifica que dichos datos se
ingresan uno tras otro y
estos datos serán almacenados por el registro
Tabla 1Registros de desplazamientos Fuente: Alexis Pilatasig
2015
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4.1.1 CARACTERÍSTICAS
En los registros de desplazamientos se debetener presente que
los biestables D deben sersiempre disparados mediante flancos
Los bits de entrada deben ser sincronizadoscon la señal de reloj
(clk), así el registrooperara de forma adecuada.
En la “Fig. 4” se puede observar que las salidade cada biestable
está conectado con laentrada del próximo
Q0 indica la salida del registro serie Q3 indica la entrada de
registro en serie. Se utiliza como unidad de retardo
4.1.2 FUNCIONAMIENTO
Todos los biestables deben estar reseteados En el momento de la
señal de reloj empiece
a funcionar aparecerá el primer flanco ya seade subida o de
bajada (esto dependerámucho del biestable). El flanco permitirá
queel dato de entrada del primer estable D3 pasea la salida Q3.
Esta salida Q3 se vuelve el dato de entradadel segundo biestable
D2
La salida Q2 pasa hacer la entrada del tercerbiestable D2.
La salida Q1 pasa hacer la entrada del cuartobientable.
4.2 REGISTRO DE ENTRADA SERIE YSALIDA PARALELO
La información de entrada es en serie y la salidase obtendrá en
paralelo siempre y cuando hayantranscurrido los ciclos del
reloj.Las entradas del biestable están conectadas a la salidadel
biestable y de la salida en paralelo.
4.3 REGISTRO DE ENTRADA PARALELO Y SALIDA SERIE
Los datos de entrada son paralelos y las salidasen serie, por lo
tanto se cuatro bits a la entrada y enla salida obtendremos un solo
bitEn estos registros se necesita un ciclo de reloj paraalmacenar
el dato y cuatro ciclos de reloj para leer eldato
4.4 REGISTRO DE ENTRADA PARALELO Y SALIDA EN PARALELO
Los datos ingresan en paralelo en undeterminado tiempo se da una
señal y estos datosquedan automáticamente almacenados en las
salidasdel flip-flop
4.5 CONTADOR 74LS164Es un registro de desplazamiento de
entrada
serie y salida paralelo de 8 bits
Figura 7 Simbologia del 74ls164 Fuente: Datasheet, 2011
4.5.1 DESCRIPCIÓN DE PINES
Los pines 1 y 2 representan la entrada deregistro en serie
Los pines 3,4,5,6,10,11,12 y 13 son lassalidas de datos en
paralelo sin inversión
El pin 9 es el pin de puesta a cero de todaslas salidas
El pin 14 polarizaciones positiva El pin 7 polarización negativa
o tierra El pin 8 es la señal de reloj en forma de flanco
ascendente
Figura 4 Estructura de un registro de 4 bitsFuente: Alexis
Pilatasig, 2015
Figura 5 Registro de entrada serie y salida paralelo
Fuente: Alexis Pilatasig, 2015
Figura 6 Registro de entrada paralelo y salida enparalelos
Fuente : Alexis Pilatasig, 2015
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4.5.2 DESCRIPCIÓN Y APLICACIÓN
En la primera fila de la tabla 2 se puedeobservar que todas las
salidas están puestasa ceros sin importar el nivel lógico que
tienelas entradas Ay B, basta que (MR)’ seencuentra con un nivel
lógico de cero paraque las salidas sean cero. En la Figura 6 se
observa una aplicación del 74ls164
Figura 8 Aplicación del 74ls164 Fuente : Alexis Pilatasig,
2015
Entre la fila 2 y fila 3 de la Tabla 2 permiteque las salidas se
enciendanconsecutivamente como se observaren la“Fig. 9 ”.
Si colocamos un nivel de cero lógico en laentrada A y
manteniendo el valor lógico 1 de(MR) ´ la secuencia de las salidas
vanapagarse como se obs erva en la “Fig. 10” y“Fig. 11 ”
4.6 CONTADOR 74LS165
El 74ls165 es un registro de entrada paralela ysalida serie de 8
bits.
4.6.1 DESCRIPCIÓN DE PINES
Los pines 3,4,5,6,11,12,13,14 son lasentradas en paralelo
El pin 2 es la entrada del reloj el cual realizala operación de
desplazamiento
Pin 15 es la entrada de deshabilitacion delreloj
El pin 1 determina que operación tiene lugardesplazamiento o
carga en paralelo.
Pin 7 y 9 son las salidas en serie Pin 16 y 8 son
polarización
Tabla 2. Tabla del circuito 74ls164Fuente : Alexis Pilatasig,
2015
Figura 9. Encendido consecutivo Fuente: Alexis Pilatasig,
2015
Figura 10.Encendido de todas las salidasFuente: Alexis
Pilatasig, 2015
Figura 11. Apagado descendente de las salidas Fuente : Alexis
Pilatasig, 2015
Figura 12. Simbologia del 74ls165 Fuente: Datasheet, 2011
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Tabla 3 Función del 74ls165 Fuente: Alexis Pilatasig, 2015
En la “Fig 13” se puede observar una aplicacióndel 74ls165 el
cual tiene 8 bits de datos de entrada,cada pin está conectado
respecto a la señal quenecesita, los datos de salida son en serie.
con la tablade funciones del C.I. se puede comprobar
elfuncionamiento.
6. CONCLUSIONES
El contador en anillo tiene la ventaja de que nose requieren
puertas de decodificación. En el caso deun contador en anillo de 10
bits, hay una única salidapara cada dígito decimal.
Las aplicaciones del CI CD4017 es muy ampliasi se tiene el
conocimiento de cómo trabaja estecircuito integrado, tanto como
contador como divisor,se estará preparado para poder aplicarlo sin
ningúntipo de problema.
El 74ls165 es un registro de entrada paralela ysalida serie de 8
bits.
En los registros de desplazamientos se debe tenerpresente que
los biestables D deben ser siempredisparados mediante flancos.
En los registros entrada paralelo y salida serie senecesita un
ciclo de reloj para almacenar el dato ycuatro ciclos de reloj para
leer el dato
Los bits de entrada deben ser sincronizados conla señal de reloj
(clk), así el registro operara de formaadecuada.
7. REFERENCIAS [1] Diseño digital, M. Morris Mano. Mexico DF
1987.Prentice Hall.
[2]Sharatronica. (2015, julio 28). Sharatronica .
recuperado de
Sharatronica:http://www.sharatronica.com/cd4017.html
[3]http://www.dte.us.es/personal/amolina/contadores%20y%20r
egistros/contadores%20y%20registros.pdf
http://meteo.ieec.uned.es/www_Usumeteog/comp_sec_registros.html
SH/(LD)´ CP CP INH0 X X Carga en Paralelo1 1 X Sin carga
1 X 1 Sin carga1 ↑ 0 Desplazamiento1 0 ↑ Desplazamiento
EntradasOPERACIÓN
Figura 13 Aplicación del 74ls165 Fuente: Alexis Pilatasig,
2015
http://ezp1.espe.edu.ec:2050/lib/espesp/docDetail.action?docID=10165675&p00=hamminghttp://ezp1.espe.edu.ec:2050/lib/espesp/docDetail.action?docID=10165675&p00=hamming
