El documento introduce los sistemas secuenciales y dispositivos de almacenamiento como latchs y flip-flops. Explica el funcionamiento de latchs SR y flip-flops JK, y sus tablas de verdad. También describe contadores asíncronos de 2 y 3 bits y cómo funcionan, así como el uso de compuertas lógicas para truncar secuencias y hacer contadores de décadas. Finalmente, presenta el circuito integrado 74LS93 y una guía de ejercicios sobre diseño de contadores.

1. 08/11/2011
PUNTO 1:
FLIP-FLOPS
Prof. Luis Zurita
Circuitos Digitales II
Introducción a los Sistemas Secuenciales
• Durante esta unidad, se estudiarán los sistemas
secuenciales o de lógica secuencial. En este caso, se
toma información de la salida para retroalimentar a
parte de las señales de entradas.
• Si la información de entrada cambia, las salidas
pueden o no cambiar.
n entradas m salidas
Circuito
Secuencial
Retroalimentación
1

2. 08/11/2011
LATCH
• Dispositivos de almacenamiento temporal de dos estados
(Biestable)
• Permanecen en cualquiera de sus dos estados por la
realimentación que simplemente es conectar cada salida
a la entrada opuesta.
• Los primeros latch’s fueron los SR.
LATCH SR ACTIVADO POR NIVEL ALTO
S R Q Q (NEGADO)
0 0 NC NC
1 0 1 0
0 1 0 1
1 1 0 0 (No válido)
2

3. 08/11/2011
LATCH SR ACTIVADO POR NIVEL BAJO
S R Q Q (NEGADO)
1 1 NC NC
0 1 1 0
1 0 0 1
0 0 1 1 (No válido)
SÍMBOLOS DE LATCH
ACTIVO POR NIVEL ALTO ACTIVO POR NIVEL BAJO
S Q S Q
R Q R Q
3

4. 08/11/2011
LATCH COMO ELIMINA REBOTES
SR CON ENTRADA DE HABILITACIÓN
4

5. 08/11/2011
LATCH TIPO D (DATA)
• Sólo dispone de una entrada (Data)
• No elimina la condición no válida, pero la evita.
DISPARADO POR FLANCO
A
B
C
D
R1
1k
U1:A U2:A U1:B
1 2 1
3 3 4
2
74LS04
74LS04
74LS00
SÍMBOLO
5

6. 08/11/2011
DISPARADO POR FLANCOS
Entrada no invertida
Entrada invertida
Flanco detectado
Flanco invertido
SÍMBOLOS DE FF
SR ACTIVO POR NIVEL ALTO SR ACTIVO POR NIVEL BAJO
S Q S Q
E E
R Q R Q
SR POR FLANCO DE SUBIDA SR POR FLANCO DE BAJADA
S Q S Q
CLK CLK
R Q R Q
6

7. 08/11/2011
SÍMBOLOS DE FF
D POR FLANCO DE SUBIDA D POR FLANCO DE BAJADA
D Q D Q
CLK CLK
Q Q
JK POR FLANCO DE SUBIDA JK POR FLANCO DE BAJADA
J Q J Q
CLK CLK
K Q K Q
FLIP FLOP JK
• Los Flip Flop’s JK son muy versátiles y muy utilizados.
• Los JK no tienen condiciones no válidas.
7

8. 08/11/2011
FUNCIONAMIENTO JK (J)
FUNCIONAMIENTO JK (K)
8

9. 08/11/2011
FUNCIONAMIENTO JK (BASCULACIÓN)
TABLA DE LA VERDAD DE FF JK
J K CLK Q Q (Negado)
x x 0 NC NC
0 0 O NC NC
1 0 O 1 0
0 1 O 0 1
1 1 O BASCULACIÓN (TOGGLE)
Basculación o modo T (Toggle), intercambiará el valor
presente en Q y Q negado, cada vez que se detecte
una transición ascendente o descendente del reloj,
según sea su detección de flanco.
9

10. 08/11/2011
ENTRADAS ASÍNCRONAS DE
INICIALIZACIÓN Y BORRADO
• Las entradas asíncronas de inicialización y borrado
permiten en cualquier momento poner a 1 o a 0 a la
salida Q.
PRESET
J Q
CLK
K Q
CLEAR
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FF
Investigar:
1) Retardo de propagación
2) Tiempo de establecimiento
3) Tiempo de mantenimiento
4) Frecuencia máxima
5) Potencia disipada
10

11. 08/11/2011
EL 555
• Dispositivo ampliamente utilizado por su versatilidad,
al poder funcionar como multivibrador monoestable
y aestable, así como proporcionar señales de reloj
para los sistemas digitales con un rango de voltaje
que oscila entre los 5 V hasta los 12V.
Leyenda:
1)Tierra (GND)
8
4 3 2) Disparo (Trigger)
VCC
R Q
DC
7 3) Salida (Out)
5
CV
4) Reinicio (Reset)
5) Control de Voltaje (Control
Voltage)
GND
2 6
TR TH
6)Umbral (Threshold)
1
7)Descarga (Discharge)
NE555
8)Alimentación (Vcc)
555 COMO AESTABLE
11

12. 08/11/2011
PUNTO 2:
CONTADORES ASÍNCRONOS
Prof. Luis Zurita
CONTADORES ASÍNCRONOS
• Los contadores son circuitos electrónicos que sirven
para realizar o llevar conteos en binario y mediante
circuitos MSI, en decimal.
• Los contadores son producto del arreglo de varios
Flip-Flops interconectados.
• El número de Flip-Flops que se utilizan y la forma en
que se conectan determinan el número de estados o
también son llamados módulos.
• Según sea la señal de reloj aplicada a los FF. Se
clasifican en asíncronos y síncronos.
• En este tema estudiaremos los contadores
asíncronos o contadores con propagación (ripple
counters)
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13. 08/11/2011
FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES
ASÍNCRONOS
• Asíncrono: sucesos que no poseen una relación
temporal fija o constante y que generalmente no
ocurren al mismo tiempo.
• En los contadores asíncronos los FF no reciben la
señal de reloj al mismo tiempo.
• A continuación describiremos las principales partes
de un contador asíncrono de dos bits.
CONTADOR ASÍNCRONO DE 2 BITS
FF trabajando en modo T, Conexión en cascada. La señal de reloj es
conectados a Vcc (5VDC) proporcionada por la salida del FF anterior
U1:A U1:B
74LS73 74LS73
U1:A(CLK) 14 12 7 9
J Q J Q
1 5
CLK CLK
3 13 10 8
K Q K Q
R
R
2
6
Reloj conectado
FF que da el bit menos FF que da el bit más
únicamente al primer FF
significativo (LSB) significativo (MSB)
13

14. 08/11/2011
CONTADOR ASÍNCRONO DE 2 BITS
CLK
Q0
Q1
Explicación: La señal de reloj aplicada al FF0 produce cambios
en la salida Q0 de manera basculante (Al estar en modo T o
Toggle), en cada transición descendente. La señal Q0 es la que le
da el pulso de reloj al FF1.
Q1 va a alternar su valor de salida (también en modo T), por
cada flanco descendente de Q0.
• El contador de 2 bits, se dice que tendrá 2N estados,
donde N es el número de Flip-Flops que tiene el
contador. Por tanto 22= 4 estados.
CLK Q1 Q0
0 0 0
1 0 1
2 1 0
3 1 1
4 Reinicia la cuenta
ó empieza nuevo
ciclo
14

15. 08/11/2011
CONTADOR ASÍNCRONO DE 3 BITS
• El funcionamiento del contador binario de 3 bits es el
mismo que el contador asíncrono de 2 bits, descrito
anteriormente. La diferencia es que está constituido
por 3 FF.
• El contador de 3 bits, se dice que tendrá 23 estados,
por tanto 23= 8 estados.
VCC VCC VCC
U1:A U1:B U2:A
74LS73 74LS73 74LS73
U1:A(CLK) 14 12 7 9 14 12
J Q J Q J Q
1 5 1
CLK CLK CLK
3 13 10 8 3 13
K Q K Q K Q
R
R
R
VCC
2
6
2
CLK Q2 Q1 Q0
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
8 Reinicia la cuenta ó
empieza nuevo ciclo
TABLA DE ESTADOS SEÑAL DE SALIDA DEL
CONTADOR DE 3 BITS
15

16. 08/11/2011
RETARDO DE PROPAGACIÓN
• Los contadores asíncronos, como se dijo al inicio de
este tema, son llamados contadores con
propagación, debido a que el pulso de reloj que
ingresa al primer FF no llega inmediatamente al
segundo FF. Esto mismo aplica para el pulso que llega
al tercer FF proveniente del segundo FF.
• Cuando hablamos de que no llega inmediatamente el
pulso aplicado en la entrada hacia la salida, esto es
debido al retardo de propagación, que recorre el
interior del FF hasta llegar a la salida.
RETARDO DE PROPAGACIÓN
TPLH TPLH TPLH
Q0 Q1 Q2
16

17. 08/11/2011
CONTADOR DE DÉCADAS ASÍNCRONO
• El módulo de un contador es el número de
estados que se cuentan sin repetirse. Como
vimos en el contador de 2 bits, el módulo es 4,
por contar 4 estados. En el contador de 3 bits, el
módulo es 8 por contar 8 estados.
• En el caso de tener un contador de 4 bits, el
módulo sería de 16.
• Pero, ¿Cómo podemos hacer un contador de 10
estados o módulo 10?
• R= Truncando la secuencia natural de un
contador de módulo 16.
CONTADOR DE DÉCADAS ASÍNCRONO
• Para truncar secuencias, la solución la proporciona el
uso de las compuertas AND y NAND.
• Generalmente se utiliza la compuerta NAND.
• Recordemos su tabla de la verdad (2 entradas):
Notemos que estas compuertas
A B Q proporcionan una única salida
0 0 1 cuando ambas entradas están a
nivel alto. Propiedad valiosa para
0 1 1 proporcionar un oportuno RESET
1 0 1 presente en los FF
1 1 0
17

18. 08/11/2011
CONTADOR DE DÉCADAS ASÍNCRONO
• La norma para truncar una secuencia es
decodificar el estado siguiente en el que se desea
proporcionar un RESET o reiniciar la cuenta en 0.
• Bajo esta sencilla norma, si queremos contar
hasta diez (0 a 9), se debe decodificar el estado
siguiente (10) y mediante una compuerta NAND
conectar su salida hacia los pines de RESET de
todos los FF.
• Veamos el siguiente circuito:
CONTADOR DE DÉCADAS ASÍNCRONO
Obsérvese que se ha decodificado el
estado 10, produciéndose un RESET a
todos los FF: Q3 Q2 Q1 Q0
1 0 1 0
18

19. 08/11/2011
CIRCUITO INTEGRADO 74LS93
CIRCUITO INTEGRADO 74LS93
19

20. 08/11/2011
GUÍA DE EJERCICIOS
• Realice un contador (asíncrono y luego síncrono) de
módulo: 9, 10, 5, 6 y 7, con FF JK. Visualice los
resultados en números decimales.
• Realice un contador en cascada (JK), cuya unidad,
cuente del 0 al 9 y la decena, del 0 al 5. Visualice los
datos en decimal.
• Realice el mismo diseño anterior, utilizando el CI
7493.
• Diseñe un divisor de frecuencia de 1MHz de entrada
en 500 kHz y 250 KHz. Diseño libre.
GUÍA DE EJERCICIOS
• Se tiene un registro de 5 bits, proveniente de un
contador de 5 bits (asíncrono). Dicho registro se
compara con el valor de un set point (registro fijo),
cuyo valor es de 25. Cuando el registro del contador
sea igual al set point, debe reiniciar su cuenta.
• Se tiene un sistema empaquetador de botellas, cuya
caja se llena con 24 botellas. Alcanzado este número,
la caja se desplaza, permitiendo colocar una caja
vacía. (Motor correa caja= 1 (0n) 0 (Off). Diseño
libre.
20

21. 08/11/2011
PUNTO 3:
CONTADORES SÍNCRONOS
Prof. Luis Zurita
CONTADORES SÍNCRONOS
• Los mismos conceptos iniciales del tema 2
sobre contadores asíncronos tienen validez para
este tema (Módulo, secuencias truncadas,
divisores de frecuencia, estados, etc.).
• Según sea la señal de reloj aplicada a los FF.
Se clasifican en asíncronos y síncronos.
• En este tema estudiaremos los contadores
síncronos.
• Síncrono: sucesos que poseen una relación
temporal fija o constante entre sí.
• En los contadores síncronos los FF reciben la
señal de reloj al mismo tiempo.
• A continuación describiremos las principales
partes de un contador síncrono de dos bits.
21

22. 08/11/2011
CONTADOR SÍNCRONO DE 2 BITS
Primer FF trabajando en Conexión en cascada. El dato de
modo T, conectados a Vcc entrada del FF depende de la salida
(5VDC) del FF anterior
VCC
2
2
4 7 4 7
S
S
J Q J Q
5 5
CLK CLK
1 6 1 6
K Q K Q
R
R
74111 74111
3
3
RELOJ
FF que da el bit FF que da el bit
Reloj conectado a todos menos significativo más significativo
los FF del sistema (LSB) (MSB)
FUNCIONAMIENTO DE LOS
CONTADORES SÍNCRONOS
• En los contadores asíncronos, para cambiar el
valor del siguiente FF se dependía del FF
anterior que daba el pulso del reloj.
• En los contadores síncronos, se sigue
dependiendo del FF anterior, pero ahora para
proporcionar el valor de las entradas J y Q.
• Se recuerda que el reloj llega al mismo tiempo a
todos los FF.
¿Ahora, si todos los FF reciben el flanco de
reloj al mismo tiempo, que impide de que
cambien al mismo tiempo?
22

23. 08/11/2011
FUNCIONAMIENTO DE LOS
CONTADORES SÍNCRONOS
• La respuesta anterior, es la causa de que los
contadores asíncronos tengan un uso limitado.
El retardo.
• Cabe destacar que los contadores síncronos
eliminan el problema del retardo acumulado que
limitaba la frecuencia de funcionamiento en los
asíncronos.
• Pero: ¿Cómo funciona ese retardo?
En la siguiente lámina, se maximizará el efecto
del retardo para entender su explicación:
FUNCIONAMIENTO DE LOS
CONTADORES SÍNCRONOS
Estado 1
En este estado 1, el FF0
Reloj Retardo de cambia de estado, pero el
propagación retardo de propagación que
Q0 a través de
FF0 sufre el pulso desde la
entrada hasta la salida, no
Q1 permite que el FF siguiente
0
tenga un estado alto (1
lógico) en sus entradas,
cuando pasa el pulso de
reloj, por lo que no
cambiará su valor de salida.
23

24. 08/11/2011
FUNCIONAMIENTO DE LOS
CONTADORES SÍNCRONOS
Estado 2
En este estado 2, el FF0
Reloj cambia de estado. El
retardo de propagación que
Q0 sufre el pulso desde la
entrada hasta la salida,
Q1 permite que el FF siguiente
Retardo de tenga un estado alto (1
propagación
lógico) en sus entradas,
a través de
FF0 y FF1 cuando pasa el pulso de
reloj, por lo que cambiará
su valor de salida.
FUNCIONAMIENTO DE LOS
CONTADORES SÍNCRONOS
Estado 3
En este estado 3, el FF0
Reloj cambia de estado, pero el
retardo de propagación que
Q0 sufre el pulso desde la
1 entrada hasta la salida, no
Q1 permite que el FF siguiente
Retardo de tenga un estado alto (1
propagación
lógico) en sus entradas,
a través de
FF0 y FF1 cuando pasa el pulso de
reloj, por lo que no
cambiará su valor de salida.
24

25. 08/11/2011
FUNCIONAMIENTO DE LOS
CONTADORES SÍNCRONOS
Estado 4
En este estado 4, el FF0
Reloj cambia de estado. El
retardo de propagación que
Q0 sufre el pulso desde la
entrada hasta la salida,
Q1 permite que el FF siguiente
Retardo de tenga un estado alto (1
propagación
lógico) en sus entradas,
a través de
FF0 y FF1 cuando pasa el pulso de
reloj, por lo que cambiará
su valor de salida.
CONTADOR SÍNCRONO DE 2 BITS
CLK
Q0
Q1
La señal continua es la señal teórica de los FF. La señal
punteada es la señal real de los FF, los cuales presentan
un retardo mínimo que permite su funcionamiento como
contadores síncronos. En esta gráfica se pueden apreciar
los cuatro estados descritos en las láminas anteriores.
25

26. 08/11/2011
• El contador de 2 bits, se dice que tendrá 2N
estados, donde N es el número de Flip-Flops
que tiene el contador. Por tanto 22= 4 estados.
CLK Q1 Q0
0 0 0
1 0 1
2 1 0
3 1 1
4 Reinicia la cuenta
ó empieza nuevo
ciclo
CONTADOR SÍNCRONO DE 3 BITS
• El funcionamiento del contador binario de 3 bits es el
mismo que el contador síncrono de 2 bits, descrito
anteriormente. La diferencia es que está constituido por
3 FF y que además el dato de entrada depende del FF0
y del FF1. (J1K1=Q0Q1)
• El contador de 3 bits, se dice que tendrá 23 estados, por
tanto 23= 8 estados.
1
VCC
3
Q0Q1
2
14
74LS08
2
2
4 7 4 7 12 9
S
S
S
J Q J Q J Q
5 5 11
CLK CLK CLK
1 6 1 6 15 10
K Q K Q K Q
R
R
R
74111 74111 74111
3
3
13
RELOJ
26

27. 08/11/2011
CLK Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 CLK
1 0 0 1
2 0 1 0 Q0
3 0 1 1
4 1 0 0 Q1
5 1 0 1
6 1 1 0 Q2
7 1 1 1
8 Reinicia la cuenta ó
empieza nuevo ciclo
TABLA DE ESTADOS SEÑAL DE SALIDA DEL
CONTADOR DE 3 BITS
CONTADOR SÍNCRONO DE 4 BITS
• Para fines didácticos, a continuación se
mostrará un contador de 4 bits. El
funcionamiento es el mismo del anterior de 3
bits, sin embargo observen la dependencia de
los datos de entrada:
U4:B
1 4
VCC
3
Q0Q1 6
Q0Q1Q2
2 5
14
14
74LS08 74LS08
2
2
4 7 4 7 12 9 12 9
S
S
S
S
J Q J Q J Q J Q
5 5 11 11
CLK CLK CLK CLK
1 6 1 6 15 10 15 10
K Q K Q K Q K Q
R
R
R
R
74111 74111 74111 74111
3
3
13
13
RELOJ
27

28. 08/11/2011
INVESTIGACIÓN
• En la actualidad se trabajan con circuitos
integrados de contadores, los ejercicios que se
realizarán para el proyecto a evaluarse, DEBEN
ser realizados con alguno de los siguientes
modelos:
• 74160, 74163, 74190, 74193.
• Esta norma es motivada a que son los circuitos
que se consiguen con mayor facilidad en el
mercado.
INVESTIGACIÓN
• El estudiante debe investigar su funcionamiento,
y con especial atención a las funciones que
realizan las siguientes entradas:
• MR, CEP(EP), CET(ET), CP, PE, TC (74160)
• CLR, LOAD, ENT, ENP, RCO (74163)
• CTEN, D/U, MAX/MIN (74190)
• CLEAR, LOAD, BORROW, CARRY, COUNT UP,
COUNT DOWM (74193)
28

29. 08/11/2011
GUÍA DE EJERCICIOS
1. Realice un contador de personas para el
comedor del IUT Cumaná, desde 000 hasta
200 y reinicie la cuenta. Utilice cualquiera de
los siguientes CI: 74160, 74163, 74193 u otro
contador síncrono de su preferencia.
2. Se tiene un sistema empaquetador de botellas,
cuya caja se llena con 36 botellas. Alcanzado
este número, la caja se desplaza, permitiendo
colocar una caja vacía. (Motor correa caja= 1
(0n) 0 (Off). Diseño Libre. La duración del
desplazamiento es 2 segundos.
GUÍA DE EJERCICIOS
3. Se tiene un estacionamiento cuya capacidad es
de 120 vehículos. Se tiene un sensor de
entrada y uno de salida, que permiten subir o
bajar el número de vehículos. Si se llega a la
capacidad máxima, se debe mantener una
barrera activada, impidiendo el paso de
vehículos y activar un led indicando que el
estacionamiento está lleno. (Barrera= 1
(desactivada) 0 (activada). Diseño libre.
29

30. 08/11/2011
GUÍA DE EJERCICIOS
4. Realice un registrador de visitas (Datalogger)
en un centro comercial, para otorgarle un
premio cuando ingrese el visitante número 700,
mediante una señal sonora (sirena). Diseño
libre.
5. Observe el funcionamiento del video del
contador que se encuentra en nuestro blog,
diseñe y simule su funcionamiento.
6. Diseñe un contador de personas para el centro
de copiado del IUT Cumaná, el conteo va
desde 00 hasta 100. Dispone de un botón de
incremento y uno de decremento. Diseño
libre.
30