Practica Registros de desplazamiento PDF

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SHIFT REGISTRER...

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ELECTRONICA DIGITAL

EC3-G01

DIAZ SIXTO JESUS DIAZ SIXTO JUAN

Manual de laboratorio: Electrónica digital Simulaciones de circuitos digitales en Proteus

Laboratorio: Registro de desplazamiento.

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Práctica: Registro de desplazamiento En esta práctica, explorará cómo se pueden organizar flip-flops para crear registros de desplazamiento. Un registro de desplazamiento es un grupo de flip-flops ordenados para que los bits almacenados se desplacen a la izquierda o a la derecha, multiplicando o dividiendo eficazmente la entrada respectivamente.

Objetivos de aprendizaje En esta práctica, los estudiantes: 1. Observe la función básica de un registro de desplazamiento de cuatro bits utilizando flip-flops D. 2. Examine cómo cambiar la frecuencia del reloj de la entrada de un registro de desplazamiento cambia el tiempo necesario para que la señal inicial alcance los flip-flops 3. Explore las formas de onda producidas en los registros de desplazamiento serial-in/parallel-out para explicar cómo la señal del reloj viaja a través de los flipflops.

Entregas esperadas En este laboratorio, recogerá los siguientes entregables: • • •

Diagrama de temporización Captura de pantalla (o similar) de las formas de onda producidas Preguntas de conclusión

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1.1 Teoría y antecedentes

Figura 1-1

Captura de pantalla de vídeo. Vea el video aquí: https://youtu.be/59WfRFp54Zs

Puntos importantes de los registros de desplazamiento • • •

Los registros de desplazamiento almacenan y mueven datos Los registros de desplazamiento son impulsados por un pulso de reloj Los registros de desplazamiento que mueven datos en una sola dirección se denominan registros unidireccionales y los de desplazamiento que pueden invertir la dirección se denominan bidireccionales

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Registros de desplazamiento Los registros de desplazamiento son circuitos que almacenan y mueven datos, formados por un grupo de flip-flops. El grupo de flip-flops está organizado de modo que los datos almacenados se cambien de uno a uno vecino para cada pulso de reloj en una dirección seleccionada. Se utilizan en la conversión serie/paralela, transferencia de datos serie, funciones aritméticas y elementos de retardo. La multiplicación binaria de un número por 2 se realiza desplazando sus bits a la izquierda e insertando un 0 en la posición de bits menos significativa. Al desplazar todos los bits de una posición binaria número uno dada a la derecha, se divide por 2. La figura siguiente presenta el registro de desplazamiento más simple, que se crea conectando la salida de cada flip-flop a la entrada del flip-flop a su derecha. • •

•

Desplaza su contenido una posición a la derecha, siendo un registro de desplazamiento unidimensional. Los datos se cargan en el registro de desplazamiento en serie a través de la entrada I y el contenido de cada uno de los flip-flops se transfiere a la siguiente (para la última a la salida O) en el borde ascendente de la señal de reloj. I es una entrada serial, mientras que O es la salida serial del registro de desplazamiento.

Figura 1-2 Registro de desplazamiento más simple

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Tipos de registros de desplazamiento Hay cuatro tipos de registros de desplazamiento: 1. Serial-in/Parallel-out (SIPO) donde los datos serie se cargan en el registro un bit a la vez y están disponibles en la salida en paralelo simultáneamente. 2. Serial-in/Serial-out (SISO) donde los datos entran y existen el registro de turnos un bit a la vez 3. Parallel-in / Serial-out (PISO) donde los datos se cargan simultáneamente pero se desplazan un bit a la vez 4. Parallel-in/Serial-out (PIPO) donde los datos se cargan al mismo tiempo y se desplazan juntos Los registros de desplazamiento solo se pueden implementar mediante circuitos activados por bordes y no bloqueos cerrados sensibles al nivel. Cuando se utilizan circuitos sensibles al nivel, el valor de la entrada puede propagarse a través de más de uno de ellos durante el período en el que la señal de reloj es 1. La figura siguiente muestra la forma en que los datos almacenados por el registro de desplazamiento cambian dependiendo de la entrada I, durante una secuencia de ocho ciclos de reloj y suponiendo que el estado inicial de todas las flip-flops es 0.

Figura 1-3 Tabla de verdad del registro de cambios

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La figura siguiente muestra el símbolo gráfico de un registro de desplazamiento de cuatro bits:

Figura 1-4 Símbolo gráfico de registro de desplazamiento

Los registros de desplazamiento también se pueden construir usando flip-flops J-K, como se muestra en la figura siguiente:

Figura 1-5 Registro de desplazamiento construido a partir de flip-flops J K

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1-1 ¿Cuáles serían las principales diferencias de estructura y función entre los registros de desplazamiento unidireccionales y bidireccionales (reversibles)? La dirección hacia donde se desplazan los datos.

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1.2 Ejercicio: Construir y probar un registro de desplazamiento de cuatro bits Instrucciones: • Inicie Proteus • Arme el siguiente circuito: Nota: La constante digital necesita ser fijada a 0 y el reloj a 10 Hz

Figura 1-6 Diagrama de circuito

• •

Inicie la simulación Variar la constante digital interactiva de 0 a 1

1-2 ¿Qué sucede con los leds? Cuando la constante es de 0 a 0 los 4 leds encienden y cuando es de 0 a 1 solo enciende el ultimo led. •

Restablecer el circuito

1-3 ¿Cuál es el tiempo que se tarda entre la iluminación de la primer y segundo led? Un segundo • •

Detenga la simulación cuando haya terminado Cambie la frecuencia de la entrada de reloj a 20 Hz y vuelva a ejecutar la simulación

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1-4 ¿Cuál es el tiempo que se tarda entre la iluminación del primer y el segundo led? ilumina al instante en cuanto la constante se enciende. • Detenga la simulación cuando haya terminado • Cambie la frecuencia de la entrada de reloj a 5 Hz y vuelva a ejecutar la simulación 1-5 ¿Cuál es el tiempo que se tarda entre la iluminación del primer y el segundo led? Medio segundo •

Detenga la simulación cuando haya terminado

1-6 Describa y explique el patrón observado de la velocidad a la que se iluminan el primer y el segundo led a medida que aumenta la frecuencia del reloj. Lo que se puede observar cuando la frecuencia del reloj es mas alta, la velocidad de los leds enciende al instante que se presión la constante digital, y cuando la frecuencia es mas baja estos tardan más en desplazarse. 1-7 ¿Qué tipo de registro de desplazamiento es éste? Parallel-in/Serial-out (PIPO) donde los datos se cargan al mismo tiempo y se desplazan juntos

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1.3 Ejercicio: Creación y prueba de un registro de desplazamiento de entrada/salida en serie Instrucciones: • •

Crea un nuevo diseño en blanco en Proteus Construya el siguiente circuito utilizando D Flip Flops, un analizador y dos generadores de funciones:

Figura 1-7 Diagrama del circuito

•

Haga doble clic en el generador de funciones para la entrada de reloj. Configúrelo con los ajustes mostrados:

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Figura 1-8 Configuración de entrada de reloj del generador de funciones

•

Haga doble clic en el generador de funciones para la entrada de datos. Configúrelo con los ajustes mostrados:

Figura 1-9 Configuración de entrada de datos del generador de funciones

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Ejecute la simulación y observe las formas de onda de salida (diagramas de temporización)

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•

Tome una foto, dibuje un boceto o tome una captura de pantalla de las formas de onda producidas e inclúyalo con su laboratorio terminado

1-8 Explicar lo que las formas de onda anteriores le están diciendo acerca de la transmisión de una señal de reloj. Lo que se observa es que en la primera onda producida la señal baja y luego incrementa mayormente y en la segunda onda la señal baja y sube igualmente.

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1.4 Conclusión 1-9 Contadores y registros de desplazamiento se pueden crear usando flip-flops D y JK. ¿Por qué es posible crear un contador a partir de un flip-flop T pero no un registro de desplazamiento? Porque el flip-flop T o "toggle" (conmutación) cambia la salida con cada borde de pulso de clock, dando una salida que tiene la mitad de la frecuencia de la señal de entrada en T. 1-10 Recientemente hemos sido capaces de crear una nueva clase de registros de desplazamiento que se llaman universales. Usando su conocimiento de los cuatro tipos diferentes de registros de desplazamiento, hipotetizar cuál sería su(s) función(es). 1. Serial-in/Parallel-out (SIPO) . aqui cada led encendera uno por uno y en la salida todos estarán en paralelo al mismo iempo 2. Serial-in/Serial-out (SISO) cada led encendera uno a la vez 3. Parallel-in / Serial-out (PISO) cuando los datos se encienden simultanenamente, los leds se iluminan uno ala vez 4. Parallel-in/Serial-out (PIPO) cuando los datos se encienden al mismo tiempo, los leds se iluminan todos juntos al mismo tiempo 1-11 Los registros de desplazamiento solo se pueden configurar para desplazar los datos en una dirección. A. Cierto B. Falso (se pueden configurar hacia una direccion unidireccionales y bidireccionales (reversibles) 1-12 ¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de un registro? A. Serial-in/Parallel-in B. Paralle-in/Serial-in C. Serial-out/Parallel-out D. Parallel-in/Serial-out 1-13 ¿De qué componentes están hechos los registros de desplazamiento? A. Sumadores B. Latches SR C. Flip-flops(D) D. Nada de lo anterio 1-14 ¿Qué sucede cuando se cambia la frecuencia de la la entrada? A. Cambia los datos de dirección que cambian B. Cambia el tiempo necesario para que los datos se cambien entre flip-flops C. Cambiar la frecuencia del reloj no tiene ningún efecto D. Evitar que el registro de turnos funcione correctamente 14...