Práctica Numero 1

Nombre: Registros

Objetivo:

Transferencia de información binaria en serie y en paralelo

Marco teórico

Circuito Integrado

La idea de circuito integrado nace de la necesidad de reducir los circuitos eléctricos a uno mucho más sencillo y pequeño. Gracias a ellos, se evitaron la multitud de problemas que se daban a la hora de fabricar un circuito, como por ejemplo, que alguna de las miles de soldaduras que había que realizar estuviera defectuosa, o la reducción del espacio que ocupaban las válvulas de vacío, las cuales se vieron rápidamente obsoletas gracias a las mejoras que supuso la introducción de los circuitos integrados.

Actualmente se utilizan en prácticamente todas las tecnologías. Básicamente, los circuitos integrados, también llamados "chips", son una pequeña pastilla de material semiconductor sobre la que se integran circuitos en miniatura y se protegen con encapsulados de plástico, cerámica o metal.

El creador del primer circuito integrado, fue el ingeniero electrónico estadounidense Jack Kilby, en el año 1959, pocos meses después de ser contratado por Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo que integraba seis transistores sobre una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase. A los 77 años, en el año 2000, Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por su contribución al desarrollo de la tecnología de la información.

Sin embargo, si se habla de creadores del circuito integrado, no hay que olvidar mencionar a Werner Jacobi, ingeniero alemán que completó la primera solicitud de patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de semiconductores. Otro de los nombres importante es el del científico estadounidense Robert Noyce, cofundador de Intel y la empresa Fairchild Semiconductor, quienes lanzaron al mercado otro circuito integrado poco después del de Texas Instruments.

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¿Qué son los registros y que tipos de registros hay?

Un registro es un circuito síncrono cuyo uso principal es almacenamiento temporal de información y manipulación de bits. Estos se clasifican por el número de bits y el número de operaciones. Las clasificaciones del número de modos de operación son: PIPO, SIPO, PISO, SISO y el universal.

Registros con entrada serie y salida serie (SISO)

A continuación se muestra un registro de desplazamiento con entrada y salida en serie de 5 bits formado con biestables maestro esclavo RS:

Observamos que la entrada S del primer biestable está conectado a la entrada y está negada a la entrada R. Con esto se consigue que, cuando en la entrada haya un 1, el primer biestable contendrá un 1 (Q=1, Q’=0) y los demás un 0. Con la siguiente señal de reloj el bit almacenado en el primer biestable se desplazará al siguiente y así un tras otro hasta la salida en serie. Esto sucede así porque la salida Q está conectada a la S del siguiente biestable. También podemos observar que los biestables nunca pueden estar en estado de mantenimiento o en estado prohibido, ya que la entrada enserie pasa afirmada a la S y negada a la R.

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Los registros de desplazamiento se implementan con biestables maestro – esclavo, pues son capaces de almacenar la información un flanco, y transmitirla durante el siguiente.

Cuando el registro se efectúa de izquierda a derecha se denomina desplazamiento hacia la derecha. Si el registro combina ambos tipos se llama bidireccional.

Registros con entrada serie y salida paralelo (SIPO)

La estructura de un registro serie paralelo es muy similar a la de un registro con entrada y salidas en serie:

Observamos que la única diferencia es que se le añade una salida a cada una de las salidas Q del biestable: de esta manera se pueden obtener todos los datos a la vez. Por otro lado, también se puede obtener una salida en serie de cualquier salida Q o Q’.

Habitualmente se suele añadir una entrada de puesta a cero asíncrona (CLEAR) cuya función es inicializar el registro.

En último lugar destacar que estos registros se suelen utilizar para el cambio de una palabra de serie a paralelo.

Registros con entrada paralelo y salida serie (PISO)

A continuación se muestra un esquema de un registro con entrada paralelo y salida serie y carga asíncrona.

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El funcionamiento es el siguiente: cuando en la entrada de selección desplazamiento /carga’ hay un 0 se realiza la carga. Con el inversor este cero se convierte en un 1 y por lo tanto las puertas NAND que hay arriba y debajo de los biestables se convierten en inversores.

A continuación se introducen los datos: en el bit que haya un 1, se activa el Preset, y en el que haya un cero, se activa el Clear.

Para el desplazamiento se coloca un 1 en D/C’ de esta manera se consigue que nunca se activan las entradas ni PR ni CL, ya que de las puertas NANDsiempre saldrá un 1. El desplazamiento se realiza como en un registro serie-serie.

A continuación se muestra un registro con carga paralelo y salida serie pero en este caso la carga es síncrono, ya que se carga por las entradas síncronas

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Observamos que esto se consigue con un multiplexor de dos canales gobernado por DESPLAZAMIENTO/ CARGA’. Con esto se consigue que si se quiere cargar los datos, se activan las entradas en paralelo que van cada una a las entradas S R. Para obtener los datos se tiene que realizar la entrada serie.

En conclusión, podemos observar que la función del multiplexor es elegir entre la carga en serie o en paralelo

Registro de entrada y salida en paralelo (PIPO)

Como se puede ver, se ha creado un registro de entrada y salida paralelo a partir de biestables D con entrada de habilitación. La entrada de datos es cada una de las entradas D del biestable; la entrada de habilitación se une a una entrada de habilitación global, de manera que cuando se activa, permite que se lean los datos. Hay otra entrada (control de salida) que al activarse permite que se lean las salidas. Aquí hemos utilizado puertas AND, aunque también podríamos haber utilizados puertas OR y un inversor, o también buffers con entradas de alta impedancia.

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Oscilador variable

Funcionamiento del 555 como multivibrador astable

Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una señal de salida con forma de onda cuadrada o rectangular, donde la duración de los periodos entre alto y bajo puede ser diferente y su amplitud estará determinada por el voltaje

El término “astable” se refiere a que ambos estados lógicos (alto y bajo) oscilan durante un tiempo t.

Flip-Flop

Un biestable (flip-flop o latch en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones.1 Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:

Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS.

Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.

La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.

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Los biestables síncronos activos por flanco (flip-flop) se crearon para eliminar las deficiencias de los latches (biestables asíncronos o sincronizados por nivel).

El flip – flop tipo D

El flip – flop tipo D viene en una variedad de configuraciones; su funcionamiento básicamente consiste en que la salida toma el valor de la entrada el momento de presentarse un flanco o cambio de nivel en la entrada de reloj.

Los CI que contienen flip – flops tipo D son el 7474, 7475, 7477, 74174, 74175, 74243, entre los que se encuentran de disparo de flanco y cambio de nivel del tipo latch.

Procedimiento

Implementar el circuito de la figura 1 y figura 2.

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Lista de materiales y sus características

CI 74174

Características

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Su funcionamiento básicamente consiste en que la salida toma el valor de la entrada el momento de presentarse un flanco o cambio de nivel en la entrada de reloj.

Diagrama de conexión

1 OSCILADOR VARIABLE

Características

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los más importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable. Puede también configurarse para por ejemplo generar formas de onda tipo Rampa

6 LEDS

Un led1 (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’, también ‘diodo luminoso’) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan

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como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación.

Nosotros utilizaos los6 leds de color verde

1 FUENTE DE O.5 V

La fuente de alimentación es el dispositivo encargado de suministrarle la tensión y la corriente necesarias para su funcionamiento a los diferentes componentes que se encuentran.

1 PROTO-BOARD

El protoboard o «breadboard» en inglés es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito electrónico en sistemas de producción comercial.

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Compuesto Color Long. de onda

nitruro de galio (GaN) verde 525 nm

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Circuito armado

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Conclusiones y observaciones

En esta práctica se implementó el circuito integrado 74174 para la fabricación de dos tipos de registros: el PIPO para un entrada en paralelo y salida en paralelo y el SISO para una entrada en serie y salida en serie, para ejemplificar lo visto en clase donde se habló del uso principal de los registros que es el almacenamiento temporal de información y manipulación de bits. Otro punto sobresaliente de esta práctica fue el diseño de un oscilador variable, que fue utilizado para regular la señal en nuestro circuito.

Bibliografía

John F. Wakerly, Diseño Digital: Principios y Prácticas Tercera Edición, Editorial Prentice Hall Pearson Educación, 2001, México

Tema de consulta: El flip – flop tipo D

URL: http://despladmem.blogspot.mx/

Fecha de consulta: 10 Septiembre 2012

Tema de consulta: circuito 555

URL:

http://www.circuitoselectronicos.org/2009/01/funcionamiento-delcircuito-integrado_05.html

Fecha de subida: enero del 2009

Tema de consulta: registros PIPO y SISO

URL:http://www.buenastareas.com/ensayos/Registros-Pipo-y-Siso/321634.html

Fecha de subida: 17 mayo del 2012

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Tema de consulta: Biestable

URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Biestable

Fecha de consulta: 10 Septiembre 2012

Tema de consulta: Diagrama de conexión CI 74174

URL:

http://pdf1.alldatasheet.es/datasheet-pdf/view/50902/FAIRCHILD/74174.html

Fecha de consulta: 9 Septiembre 2012

Tema de consulta: Registro electrónico

URL:

http://es.wikipedia.org/wiki/Registro_electr%C3%B3nico

Fecha de consulta: 9 Septiembre 2012

Tema de consulta: Led

URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Registro_electr%C3%B3nico

Fecha de consulta: 10Septiembre 2012

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