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ONOGRAFÍA IENTÍFICA
Diseño y Síntesis de
Sistemas de Lógica
Secuencial
Autor: Jorge Portillo Meniz
Profesor Titular de Escuela Universitaria
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
2006
© Jorge Portillo Meniz, 2006
SISTEMAS DE LÓGICA SECUENCIAL
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MONOGRAFÍA CIENTÍFICA
Í
ndice
INTRODUCCIÓN 7
CAPÍTULO 1. CONTADORES ASÍNCRONOS 11
Introducción ……………………..…………………..……..……………... 13
1.1 Biestable tipo “T” ……………………………………………………. 15
1.2 Divisor por 2 y divisor por 4 de la frecuencia de reloj ……………… 17
1.3 Contador ascendente y descendente de módulo 4 …..……………….. 18
1.4 Contador ascendente y descendente de módulo 8 ..………………….. 20
1.5 Contador asíncrono reversible ……………………...……………....... 20
1.6 Contador asíncrono de cualquier secuencia …………………………. 22
1.7 Limitaciones de los contadores asíncronos ………………………….. 23
1.8 Contador asíncrono, método general de diseño ……………............... 24
1.9 Ejemplo de diseño de un contador asíncrono……………………….... 25
CAPÍTULO 2. CONTADORES SÍNCRONOS 27
Introducción ……………..………………………………………….……... 29
2.1 Configuración genérica del contador síncrono ..…………………….. 30
2.2 Método sistemático de diseño de contadores síncronos …………....... 30
2.3 Ejemplos de diseño de contadores síncronos ..…………………….... 31
2.3.1 Contador síncrono generador de una secuencia …………….... 31
2.3.2 Contador síncrono generador de mas de una secuencia …….... 36
CAPÍTULO 3. REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO 41
Introducción ……………..………………………………………….……... 43
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3.1 Registro Serie → Serie, con entrada asíncrona de Clear ……………. 44
3.2 Registro Serie → Paralelo ………........................................................ 45
3.3 Registro Paralelo → Serie ..………………………………………….. 46
3.4 Registros Paralelo → Paralelo ……...……………………………….. 47
3.4.1 Con entrada de datos síncrona ………………………………... 47
3.4.2 Con entrada de datos asíncrona ………………………………. 48
3.5 Registro de Desplazamiento Universal / Método Sistemático de
Diseño……………………………………………………................... 49
3.6 Ejemplo de diseño de un Registro de Desplazamiento Universal …… 50
CAPÍTULO 4. GENERADORES DE SECUENCIAS BINARIAS 53
Introducción ………………..……………….…………………………....... 55
4.1 Generador de Secuencias Binarias basado en Registros …………….. 56
4.2 Generador de Secuencias Binarias Múltiples y Simultáneas / Método
Sistemático de Diseño ……………………………………………….. 59
4.3 Ejemplo de diseño de un GSBMS ….………………………………... 62
CAPÍTULO 5. MAQUINAS SECUENCIALES FINÍTAS, AUTÓMATAS
DE MOORE Y AUTÓMATAS DE MEALY 67
Introducción …………….………………………………………………... 69
5.1 Clasificación de Autómatas ………………………………………….. 69
5.2 Fases en el diseño de Autómatas …………………………………….. 72
5.3 Ejemplo de diseño de un Autómata Mealy ………………………...... 79
APÉNDICE. EJEMPLOS Y APLICACIONES 83
A1. CONTADOR ASÍNCRONO
A1.1 Diseño de un contador asíncrono ascendente de módulo 8,
(0→1→2→3→4→5→6→7) ……………………………..... 85
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MONOGRAFÍA CIENTÍFICA
A1.2 Diseño de un contador asíncrono ascendente de módulo 6,
(0→1→2→3→4→5) ……………………………………….. 86
A1.3 Diseño de un contador asíncrono descendente de módulo 4,
(5→4→3→2) ………………………………………………. 88
A2. CONTADOR SÍNCRONO
A2.1 Diseño Sistemático de un contador síncrono ascendente de
módulo 8 ……………………..…………………………….. 90
A2.2 Diseño Intuitivo de un contador síncrono ascendente de
módulo 256 (0..255) ………………………………………... 93
A2.3 Diseño Sistemático de un contador síncrono que genere las
secuencias binarias (7→6→5→4→3→2→1→0) y
(0→2→4→6→1→3→5→7) ……………………………….. 97
A3. REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO UNIVERSAL
A3.1 Diseño de un Registro Universal de 4 bits ………………….. 101
A4. GENERADOR DE SECUENCIAS BINARIAS MÚLTIPLES
A4.1 Generador de las secuencias binarias “0 1 0 1 1 0 1 0” y
“0 1 1 0 1 1 0 0” por el método GSBMS ………………...... 104
A4.2 Generador de Patrones Binarios basado en un GSBMS …... 108
A5. MAQUINAS SECUENCIALES SÍNCRONAS, AUTÓMATAS
A5.1 Autómata de Mealy …………………………………………. 112
A6. APLICACIONES – DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES
A6.1 Diseño de un Generador de Código de línea HDB3 ……….. 115
GLOSARIO 118
BIBLIOGRAFÍA 121
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MONOGRAFÍA CIENTÍFICA
I
ntroducción
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SISTEMAS DE LÓGICA SECUENCIAL
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MONOGRAFÍA CIENTÍFICA
Introducción
Este trabajo monográfico pretende ser un texto o complemento para estudiantes
universitarios de escuelas de ingeniería que incluyan “Electrónica Digital” en su plan de
estudios. En esta publicación monográfica se analizan y evalúan los diferentes métodos
sistemáticos existentes para el diseño de contadores (considerando, donde proceda, procesos
intuitivos de diseño), registros de desplazamiento, generadores de secuencias binarias y
diseño de máquinas secuénciales finitas. En el Tema 4 se propone un “Método Sistemático
Original” de diseño para la generación de “Secuencias Binarias Múltiples y Simultáneas”.
Es importante comentar que en este documento se tendrá en cuenta el aspecto
funcional de los diseños y no se estudia el comportamiento temporal (los componentes se
suponen ideales) de los circuitos, excepto en algunos ejemplos de aplicación, ya que no se
trata de implementar sistemas específicos sino de divulgar métodos de diseño. Se entiende
que cuando se trate de diseños de sistemas específicos, el diseñador tendrá en cuenta
parámetros como, comportamiento dinámico, eléctrico, tecnología utilizada y otros, antes de
dar el visto bueno final para la simulación del sistema.
Al lector de esta monografía se le supone familiarizado con los términos utilizados en
electrónica digital y con los métodos de diseño convencionales de sistemas combinacionales,
aritméticos y secuénciales. Igualmente se supone que el lector podría elegir los componentes
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SISTEMAS DE LÓGICA SECUENCIAL
electrónicos idóneos para la implementación del sistema diseñado, teniendo en cuenta
parámetros como, velocidad de conmutación, consumo, tecnología y aplicación.
Aunque podría obviarse es preferible comentar el hecho de que, en función del
entorno de diseño y de la aplicación, el diseñador de sistemas digitales secuénciales tendrá
que decidir cual es la técnica óptima para implementar su diseño, ya sea, componentes
discretos, lógica programable, software o firmware. En esta publicación siempre se termina el
diseño con el esquemático del circuito, es decisión del diseñador, en función de su entorno,
la técnica de la implementación final.
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