INFORME PREVIO LABORATORIO N°3 – SISTEMAS DIGITALES

ALUMNO: DIEGO SANCHO NIETO CÓDIGO: 1313220543

2015

1.- Describir el concepto de registro, analice su funcionamiento y mencione los tipos característicos de los registros y analice cada uno de ellos (Los circuitos y sus características, tablas de estados y diagramas de tiempo).

Un registro es un sistema secuencial, lo que indica que su salida depende de las entradas y del valor anterior de la entrada. Un registro es usado para almacenar, lo que indica que tiene un estado de memoria, y transferir datos dentro de un sistema digital, lo que indica que puede cumplir funciones de lectura de conjuntos de bits. Hay tipos de registros, según el tipo de transferencia de datos que se quiera lograr, incluso se puede implementar como un sistema síncrono; además depende de la cantidad de tareas que puede realizar.

Hay registros de tipo: desplazamiento, almacenamiento, universal, direccionable.

1.- Los registros de desplazamiento están formados por un conjunto de flip-flops, y son muy importantes en las aplicaciones que precisan almacenar y transferir datos dentro de un sistema digital.

Un registro es un circuito digital con dos funciones básicas, almacenamiento y movimiento de datos. La capacidad de desplazamiento de un registro es la que permite el movimiento de los datos de una etapa a otra dentro del registro.

Los dos tipos de registros de desplazamiento son serie y paralelo. En un registro paralelo los bits se almacenan simultáneamente a partir de líneas paralelas, mientras que en un registro de desplazamiento serie, los bits se almacenan de uno a uno.

Estos dos tipos se emplean, entre otras cosas, para transformar palabras de información en paralelo a una sucesión de bits sobre una línea, es decir, datos serie (registro de desplazamiento paralelo-serie), o una sucesión de datos en serie en una palabra de datos en paralelo (registro de desplazamiento serie- paralelo).

2.- Los registros de almacenamiento también están formados por un conjunto de flip flop, en la implementación se usa bastante el flip flop tipo D. El registro de almacenamiento, tal como dice su nombre, almacena una cantidad de bits mediante una señal de control que permite el guardado de estos datos.

Los registros de almacenamiento se pueden construir como circuitos asíncronos, cuando se usa una señal de habilitación para el guardado de la señal de entrada, o mediante un circuito síncrono, mediante la señal de reloj que permite el paso de estos datos en un flanco determinado.

3.- Los registros universales se caracterizan por la cantidad de tareas que puede realizar, un registro universal puede, por ejemplo, realizar la tarea de un registro de desplazamiento en ambos sentidos, además de cumplir la tarea de un registro de almacenamiento, teniendo un estado de memoria que almacena los datos no importando si varían los datos de entrada. Un registro universal también puede realizar la tarea de carga paralela, que significa transferir simultáneamente una cantidad de bits.

2.- Describir las características específicas de los registros. De desplazamiento, almacenamiento, universal, direccionable y sus aplicaciones.

2.a.- Un registro de desplazamiento que permite almacenar temporalmente n bits estará formado por n biestables.

En los registros de desplazamiento hay cuatro variedades:

- Registros con entrada y salida serie (SISO)

- Registros con entrada serie y salida paralelo (SIPO)

Diagrama de tiempo:

- Registros con entrada paralelo y salida serie (PIPO)

Diagrama de tiempo:

- Registros con entrada paralelo y salida paralelo (PIPO)

APLICACIONES: Estos tipos se emplean, entre otras cosas, para transformar palabras de información en paralelo a una sucesión de bits sobre una línea, es decir, datos serie (registro

de desplazamiento paralelo-serie), o una sucesión de datos en serie en una palabra de datos en paralelo (registro de desplazamiento serie- paralelo).

2. b.- Registro universal

Un registro universal es aquel que tiene todas las formas de lectura y escritura posibles (tanto en serie como en paralelo}

Ejemplo: Diseñar un registro universal de 4 bits que tenga las siguientes operaciones: desplazamiento a la derecha, desplazamiento a la izquierda, carga en paralelo y clear.

Comenzaremos a resolver este ejercicio. Nos piden cuatro operaciones, las dos primeras, de desplazamiento a la derecha y a la izquierda, necesariamente tienen que ser síncronas para que con cada pulso del reloj puedan ir desplazándose los bits de uno en uno.

La carga y el clear pueden ser síncronas o asíncronas. Vamos a resolver éste problema haciendo el clear asíncrono y la carga síncrona. Tenemos un total de 4 operaciones a realizar más la de inhibición que debe tener todo diseño de registro ya que esta es la equivalente a mantener la información. Está claro que para implementar la operación asíncrona se necesita que los cuatro biestables que forman parte del registro tengan entradas asíncronas, en éste caso del CI, el cual se conecta directamente con la entrada del CLEAR del registro. Las otras cuatro operaciones síncronas, se van a codificar en dos líneas de control S1, S0, tal como se muestra en el siguiente gráfica generalizada:

Acá tenemos S1 y S0 como entradas de control para definir qué tarea realizará el registro, Clear para resetear valores de la salida, la entrada de clock y “Rin” con “Rout” para la lectura/escritura serie a la derecha y “Lin” y “Lout” para la lectura/escritura a la izquierda.

Entonces podemos definir esta tabla:

3.- De los manuales técnicos obtener los IC TTL y CMOS que cumplen con las funciones de registros. De desplazamiento, almacenamiento, universal, direccionable, analice brevemente su tabla de verdad, diagrama de tiempo. Y funcionamiento.

- Registro universal (IC 74LS194):

Tabla de función:

Diagrama de tiempo:

CIRCUITO 7475 TTL: Este circuito integrado contiene 4 flip flops, biestables o latchs

tipo D, hay dos señales de CK1-2 y CK3-4, cada una controla dos flip flops.Este

circuito se suele utilizar para almacenar datos temporalmente, como si fuera una

pequeña memoria.

CIRCUITO 74164 TTL: El 74164 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es un registro de

desplazamiento con entrada en serie y salida paralelo, este circuito consta de una

entrada de datos (A y B), una entrada de reloj (T o CLK) y una entrada de reset o

puesta a cero de los biestables internos (R o CLR), también dispone de 8 salidas de

QA a QH que será por donde obtendremos los datos que se van desplazando con la

ayuda de la señal de reloj.

CIRCUITO 74373 TTL: El circuito integrado 74373 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es un registro de 8 latches tipo D con salida triestado. Tiene 2 entradas de control, el pin 1 OE es activo por nivel bajo, eso quiere decir que cuando tengamos este pin a nivel alto los pines salida (Q1..Q8)

CIRCUITO 74374 TTL: El circuito integrado 74374 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es

un registro de 8 latches tipo D con salida triestado. Tiene 2 entradas de control, el pin

1 OE es activo por nivel bajo, eso quiere decir que cuando tengamos este pin a nivel

alto los pines de salida (1Q..8Q) están en el estado de alta impedancia, como si no

estuvieran conectados.

CIRCUITO 74377 TTL: El circuito integrado 74377 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es

un registro de 8 latches tipo D con salidas en dos estados solo, si queremos el mismo

circuito con salidas en triestado tendremos que recurrir al 74374.

El 74377 tiene 2 entradas de control, el pin 1 E es activo por nivel bajo, eso quiere

decir que cuando tengamos este pin a nivel alto los pines de salida no registraran

ningún cambio aunque cambiemos el valor de las entradas y CLK.

4.- ¿Cuál es la diferencia entre un registro de desplazamiento y un registro de almacenamiento; así como la diferencia entre un registro universal y un registro direccionable; muestre circuitos prácticos para explicarlos.

Hay diferencias entre los tipos de registros, pero generalmente se puede decir que el registro de almacenamiento sirve para transferir datos de manera que estos datos pueden ir variando y los datos se seguirán transmitiendo, a diferencia del registro de almacenamiento que mantiene estos datos constantes.

En el caso del registro universal, vamos a analizar el IC 74LS194:

Se pueden ver las cuatro entradas: DO, D1, D2 y D3; las cuatro salidas: Q0, Q1, Q2 y Q3.

La entrada MR es la que permite el reset del circuito, con lo cual todas las salidas se pondrán a estado cero.

Cuando se activan las entradas S0 y S1 a la vez, el circuito actúa cumpliendo la función de carga paralela, lo que significa que los cuatro bits de la entrada aparecerán en la salida cuando ocurra el flanco de subida.

Cuando se activa S0 y colocamos un dato en la entrada SR, éste comenzará la transferencia de datos como un registro de desplazamiento a la derecha.

Del mismo modo, cuando se activa S1 y se coloca un dato en la entrada SL, el integrado comenzará la transferencia de datos como un registro de desplazamiento a la izquierda.

Por último, cuando se ponen en cero las entradas S0 y S1, el integrado actúa cumpliendo la función de memoria, y si se varía las entradas D0 – D3 no cambiarán las salidas.

Vemos entonces que un registro universal pude cumplir las tareas ya descritas.

5.- Analice el funcionamiento de los IC´s 74LS75, 7491, 74164, 74LS165, 74194, 74273, 74373, 74374, 74377, investigar sus características, especificaciones técnicas. Analice circuitos prácticos con registros.

Varios de los circuitos mencionados han sido detallados en la pregunta numero 3.

1

D03

D14

D25

D36

SR2

SL7

CLK11

S09

S110

MR1

Q015

Q1 14

Q213

Q312

U6

74LS194

0101

0101

00

U6(CLK)

11

1

0

SIMULACIONES

1.- Implementar el registro “SISO” mostrado en la figura. Analice su funcionamiento, desarrolle la Tabla de estados y construir el diagrama de estados; considerando el dato DATA: 1011. (Sugerencia Usar IC 74LS74)

2.- Implementar el registro “SIPO” de la figura, analice su funcionamiento, desarrolle su tabla de estados y graficar su diagrama de tiempo; considerando el dato: 1101. (Sugerencia: Usar IC 74LS74)

3.- Implementar el registro de almacenamiento asíncrono de 4 bits, mostrado en la figura; analice su funcionamiento entregando datos de 4 bits, comprobando su transferencia a las salidas del registro. (Sugerencia Usar IC 74LS75)

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U1:A

7474

D12

Q9

CLK11

Q8

S10

R13

U1:B

7474

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U2:A

7474

D12

Q9

CLK11

Q8

S10

R13

U2:B

7474

1

(D0) 1

1

1

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U1:A

7474

D12

Q9

CLK11

Q8

S10

R13

U1:B

7474

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U2:A

7474

D12

Q9

CLK11

Q8

S10

R13

U2:B

7474

1

(D0) 1

1 1 0 1

0

1

D02

Q016

Q01

D13

Q115

Q114

D26

Q210

Q211

D37

Q39

Q38

E0/113

E2/34

U3

74LS75

1010

1010

11

4.- Implementar el registro de almacenamiento síncrono de 4 bits mostrado en la figura, analice su funcionamiento.

5.- Implementar el Registro Universal (IC 74LS194), verificando el funcionamiento: a) Carga paralela b) Desplazamiento derecha. c) Desplazamiento izquierda. d) Estado memoria.

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U4:A

7474

D12

Q9

CLK11

Q8

S10

R13

U4:B

7474

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U5:A

7474

D12

Q9

CLK11

Q8

S10

R13

U5:B

7474

1

0

1

0

1

U5:A(CLK)

0

1

0

1

1

D03

D14

D25

D36

SR2

SL7

CLK11

S09

S110

MR1

Q015

Q114

Q213

Q312

U6

74LS194

0101

0101

00

U6(CLK)

11

1

0