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Práctica 6 de FC...

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FUNDAMENTOS DE LOS COMPUTADORES

PRÁCTICA 6:

1. Construye un circuito biestable de tipo RS síncrono activo por nivel alto utilizando únicamente puertas NAND. Proporciona la señal de reloj mediante elemento Reloj. Comprueba el funcionamiento. Obtén su tabla de verdad completa en función de las señales CLK, R y S.

Para realizar este circuito, he creado un biestable de tipo RS utilizando dos puertas NAND con realimentación a las salidas para conseguir el efecto memoria propio de los biestables, finalmente he agregado dos puertas NAND y un reloj para que el set y el reset del biestable solo se puedan realizar cuando ambas puertas reciban un un nivel alto del reloj. Por el contrario, cuando el reloj esté a nivel bajo, las entradas set y reset estarán inactivas porque habrá un 0 en ambas puertas NAND.

Lo más característico de este tipo de biestables es que tiene un estado no permitido que se produce cuando ambas entradas están a nivel alto. Por ello, en su correspondiente salida de la tabla de verdad se indica que no se encuentran permitidas. Además, cuando el biestable recibe un 0 en set y reset, al captar un flanco de subida del reloj, no cambiará su estado anterior. Es decir, si estaba en 1 continuará en 1 y viceversa.

Celia Ruiz Rives

FUNDAMENTOS DE LOS COMPUTADORES

S 0 0 1 1

R 0 1 0 1

CLK 1 1 1 1

Q (t+1) NO Q (t+1) NO CAMBIA NO CAMBIA 0 1 1 0 NO PERMITIDA NO PERMITIDA

2. Partiendo del diseño del biestable RS síncrono diseñado en el punto anterior, añade los elementos necesarios y modifícalo para convertirlo en un biestable D activo por nivel bajo dotado de entradas de Preset y Clear.

Para convertir un biestable RS en un biestable D, unimos la entrada set con la entrada R a través de un inversor, y de esta manera, evitamos el estado no permitido 1-1. Para conseguir que sea activo a nivel bajo, colocamos un inversor en la entrada del reloj. Y para implementar las entradas preset y clear, intercalamos dos puertas AND en las salidas Q y NO Q del biestable y las negamos de tal forma que cuando se activa la puerta preset, fuerza al biestable a ponerse en set independientemente de cómo estén las entradas r, s y clk, y si activamos el clear, esto fuerza al biestable a ponerse en estado de reset independientemente de cómo estén las entradas r, s y clk.

Celia Ruiz Rives

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3. Coloca en el espacio de trabajo el biestable RS que incorpora el programa en la librería de elementos de memoria. Identifica las entradas y salidas de que dispone, comprueba su funcionamiento y escribe una tabla de verdad que las incluya a todas.

Como el biestable que incorpora LogiSim puede ser activado o bien por nivel alto – bajo, o bien por flanco de subida o de bajada, he elegido el biestable activado por flanco de subida y el biestable activado por nivel alto, dado que las otras dos combinaciones son iguales a excepción de que actúan a la inversa por lo que solo tendríamos que cambiar 0 por 1.

BIESTABLE RS EN FLANCO DE SUBIDA:

En el caso del biestable activado por flanco de subida, podemos ver que está formado por la salida Q y NO Q, un reloj, las entradas R y S, las entradas asíncronas P y C y una entrada de habilitación. Para comenzar, hemos puesto el enable a nivel alto para que funcione el biestable, en el caso del biestable activado por flanco de subida, hemos comprobado que estando la entrada en set a nivel alto y el reset a nivel bajo y el biestable en reset, en el momento en el que pasamos el reloj de nivel bajo a nivel alto, la salida Q se pone a nivel alto. También hemos hecho la comprobación en las condiciones inversas y su resultado ha correspondido con lo esperado. Finalmente, hemos comprobado que actuando sobre la entrada preset, el biestable ha pasado a estado set independientemente de las entradas y el reloj, y cuando activábamos clear, el biestable ha pasado a estado reset independientemente de las entradas y del reloj.

Celia Ruiz Rives

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Después hemos realizado su tabla de verdad, en la cual NP significa no permitido, y nc no cambia y en la que se contemplan todas las situaciones posibles.

TABLA DE VERDAD DE CIRCUITO POR FLANCO DE SUBIDA S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Celia Ruiz Rives

R 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

CLK X X X X ꙟ ꙟ ꙟ ꙟ X X X X ꙟ ꙟ ꙟ ꙟ X X X X ꙟ ꙟ ꙟ ꙟ X X X X ꙟ ꙟ ꙟ ꙟ

P 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

C 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Q NC 0 1 NP NC 0 1 NP NC 0 1 NP 0 0 1 NP NC 0 1 NP 1 0 1 NP NP NP NP NP NP NP NP NP

NO Q (t+1) NC 1 0 NP NC 1 0 NP NC 1 0 NP 1 1 0 NP NC 1 0 NP 0 1 0 NP NP NP NP NP NP NP NP NP

FUNDAMENTOS DE LOS COMPUTADORES

BIESTABLE RS POR NIVEL ALTO:

En el caso del biestable activado por nivel alto, podemos ver que está formado por la salida Q y NO Q, un reloj, las entradas R y S, las entradas asíncronas P y C y una entrada de habilitación. Para comenzar, hemos puesto el enable a nivel alto para que funcione el biestable, en el caso del biestable activado por nivel alto, hemos comprobado que mientras el reloj esté a nivel alto, la entrada set y reset funcionarán correctamente según su tabla de verdad, y si el reloj está a nivel bajo, la entrada set y reset no tendrán ningún efecto sobre el biestable. También hemos hecho la comprobación en las condiciones inversas y su resultado ha correspondido con lo esperado. Finalmente, hemos comprobado que actuando sobre la entrada preset, el biestable ha pasado a estado set independientemente de las entradas y el reloj, y cuando activábamos clear, el biestable ha pasado a estado reset independientemente de las entradas y del reloj.

Celia Ruiz Rives

FUNDAMENTOS DE LOS COMPUTADORES

Después hemos realizado su tabla de verdad, en la cual NP significa no permitido, y nc no cambia y en la que se contemplan todas las situaciones posibles.

TABLA DE VERDAD DE CIRCUITO POR NIVEL ALTO S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Celia Ruiz Rives

R 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

CLK 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

P 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

C 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Q 1 NP 1 NP 1 NP 1 NP NC 0 1 NP 0 0 1 NP NC 0 1 NP 1 0 1 NP NP NP NP NP NP NP NP NP

NO Q (t+1) 0 NP 0 NP 0 NP 0 NP NC 1 0 NP 1 1 0 NP NC 1 0 NP 0 1 0 NP NP NP NP NP NP NP NP NP

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4. Implementa un registro de desplazamiento de cuatro bits con entrada y salida serie y carga paralela. Carga un valor inicial por sus entradas paralelas y a continuación desplaza la información por la salida serie con cada pulso de reloj.

En este tipo de registros de entrada paralela y salida en serie, es necesario separar las líneas de entrada de datos de las líneas que comunican un biestable con el siguiente para ello, utilizamos siete puertas AND y tres puertas OR, así como una entrada SHIFT / LOAD, es decir desplazamiento y carga.

El circuito funciona de la siguiente manera, cuando tenemos la entrada SHIFT/LOAD a nivel bajo, tendremos un 1 en las puertas 1, 2, 3 y 4, como el 1 es el elemento neutro de la multiplicación, lo que tengamos en las respectivas salidas, pasará por las puertas AND hasta el biestable correspondiente, quedando cargada la entrada para esperar al siguiente pulso del reloj. Cuando pasamos la entrada SHIFT/LOAD a nivel alto, tenemos un 1 en las puertas 5, 6 y 7, que ahora están activas, los biestables quedan comunicados entre sí, y se empezará a realizar el desplazamiento de los datos de cada biestable al de su derecha cuando el reloj lo indique. Al mismo tiempo, las puertas 1, 2, 3 y 4 están bloqueadas pues tienen un 0 cada una y no dejarán pasar más datos hasta que vuelva a cambiar la entrada SHIFT/LOAD a nivel bajo.

Celia Ruiz Rives

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A continuación, voy a explicar el funcionamiento mediante un ejemplo práctico:

-Cargamos información en las entradas mientras la puerta S/L está a nivel bajo.

-La puerta S/L se activa y la información pasa a los biestables.

-El reloj se activa y la información va saliendo bit a bit por la salida.

Celia Ruiz Rives

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5. Construye el contador asíncrono de dos bits de la Figura 6.1. Conecta la entrada a un reloj con una frecuencia de 1 Hz y observa las salidas de ambos biestables conectando visualizadores en las salidas Q1 y Q0. Para construir este circuito, he conectado los dos biestables tal y como se me indicaba en la práctica y en las salidas he conectado dos LEDS.

a) Establece el tipo de contador y la relación existente entre sus formas de onda. Tenemos dos salidas llamadas Q0 y Q1, tomando la Q0 como la menos significativa y la Q1 como la más significativa, cuando conectamos el reloj a una frecuencia de un herzio, con cada flanco de subida, las salidas cambian siguiendo la siguiente frecuencia: Q0 = 1 Q1 = 1

Q0 = 1 Q1 = 0

Q0 = 0 Q1 = 1 Q0 = 0 Q1 = 0

Que corresponden a los números decimales 3, 2, 1 y 0. Por ello, el contador es de tipo cuenta atrás, y módulo 4.

Además, observando el cronograma, vemos que el período de Q0 es el doble que el del reloj, y el de Q1 el doble que el de Q0. Por tanto, actúa como divisor de frecuencia. Siendo la frecuencia final dividida por cuatro. Celia Ruiz Rives

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b) Toma las salidas en NO Q en lugar de Q en ambos biestables. ¿Ante qué tipo de contador nos encontramos?

Ahora, el contador se encuentra en sentido ascendente, y sigue siendo de módulo 4. Es decir, imprime en pantalla los números decimales 0, 1, 2 y 3 en el orden mencionados.

c) Vuelve al circuito original con salida en Q y solo cambia ahora la conexión de la entrada de reloj del segundo biestable conectándola a la salida NO Q del primer biestable. Vuelve a observar la salida y determina el tipo de contador.

Al realizar este último cambio, el contador, sigue siendo de módulo 4 y cuenta en sentido ascendente, es decir, va imprimiendo el 0, el 1, el 2 y el 3 sucesivamente.

Celia Ruiz Rives...