ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZOFACULTAD INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA: ING ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRAILESCARRERA: ING ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRAILES

PRÁCTICA No.6 - DISEÑO DE SISTEMAS SECUENCIALES

1. DATOS GENERALES

DENISE INSUASTI 402CARLOS GUAILLAZACA 404CARLOS MONCAYO 400CRISTIAN ESCOBAR 397

GRUPO No:

FECHA DE REALIZACION: FECHA DE ENTREGA:2014/04/25 2014/04/05

2. OBJETIVOS2.1 GENERAL

Diseñar un circuito secuencial capaz de actuar en el entorno propuesto y responder con una determinada acción en un instante de tiempo.

2.2 ESPECÍFICOS

Diseñar un circuito secuencial por medio de lógica digital y booleana Simular el circuito implementado en un software específico. Comprobar los valores ideales obtenidos, con el circuito implementado.

3. METODOLOGÍA

La metodología es de tipo experimental siguiendo los siguientes pasos:

Análisis del problema a resolver Diseño por medio de tablas de verdad y ecuaciones lógicas Simulación del circuito Implementación y verificación de los resultados

4. EQUIPOR Y MATERIALES

MATERIALES

Dip-SwitchCompuertas lógicasDiodos Leds

EQUIPOS

Fuente de alimentación Puntas lógicasComputador

5. MARCO TEORICO:5.1 SISTEMAS SECUENCIALES

Los circuitos digitales que hasta ahora se han considerado, han sido combinacionales, esto es, las salidas en cualquier momento dependen por completo de las entradas presentes en ese tiempo. Aunque cualquier sistema digital es susceptible de tener circuitos combinacionales, la mayoría de los sistemas que se encuentran en la práctica también incluyen elementos de memoria, los cuales requieren que el sistema se describa en términos de Lógica Secuencial.

Un diagrama en bloques de un circuito secuencial consta de un circuito combinacional al que se conectan elementos de memoria para formar una trayectoria de retroalimentación. Los elementos de memoria son dispositivos capaces de almacenar dentro de ellos información binaria. La información binaria almacenada en los elementos de memoria se define como el estado del circuito secuencial.En los circuitos combinacionales las salidas son funciones que dependen únicamente de las entradas actuales al circuito. Pero sin embargo, en muchos sistemas digitales esto no es suficiente, siendo necesario además circuitos capaces de almacenar información, puesto que en ellos las salidas no quedan definidas únicamente por las entradas actuales, sino que dependen también de cuáles fueron los valores de éstas en el pasado. Se trata de los circuitos secuenciales.

Todos estos sistemas se caracterizan porque pueden ser descritos utilizando el llamado modelo de Huffman. Se trata de un modelo estructural que permite la descripción de un circuito secuencial genérico. Según el modelo, el circuito consta de dos partes: un circuito combinacional C y un conjunto de elementos de memoria M, como muestra la figura. Pues bien, el valor de las salidas depende, a través de la función de salida que implementa el circuito combinacional, no sólo de los valores actuales de las entradas, sino también del contenido actual de los elementosde memoria, En estos elementos, lo que se almacena es el llamado estado actual del sistema secuencial, que puede considerarse como su registro histórico, ya que da cuenta de su evolución anterior. El paso desde el estado actual del sistema a un estado siguiente, viene a su vez definido por la llamada función de transición de estados, que también dependerá no sólo de los valores actuales de las entradas, sino también del propio estado actual.

MATERIALES

Dip-SwitchCompuertas lógicasDiodos Leds

EQUIPOS

Fuente de alimentación Puntas lógicasComputador

Centrándonos en la arquitectura de los computadores, componentes básicos como los registros, memorias y la unidad de control, constituyen circuitos secuenciales, aunque de muy diverso grado de complejidad.

Biestables Clasificación.-Un circuito flip-flop puede mantener un estado binario en forma indefinida (en cuanto se suministre potencia al circuito) hasta que recibe la dirección de una señal de entrada para cambiar de estado. La diferencia principal entre los diversos tipos de flip-flops está en el número de entradas que poseen y en la manera en la cual las entradas afectan el estado binario.

Las células elementales de memoria de los circuitos secuenciales se denominan biestables o Flip-Flop. Se caracterizan por ser capaces de adoptar dos estados estables, que se corresponden a los niveles lógicos "0" y "1", que perduran en el tiempo de un modo indefinido, aunque haya desaparecido la excitación que los originó. Es decir: son capaces de memorizar un bit de información.Una estructura con puertas lógicas que consigue el propósito anterior, es un biestable elemental que tiene únicamente dos posibilidades de almacenamiento: estado 0 (Q=O) y estado 1 (Q=1). La realimentación entre las salidas y las entradas garantiza la permanencia de la información almacenada (memorizada) en todo momento del funcionamiento electrónico normal (tensión y corrientes de alimentación adecuadas). Esto no ocurre en los sistemas combinacionales, donde la información a la salida de las puertas se desvirtúa necesariamente al eliminar las excitaciones de entrada.

A las señales de control de los biestables se les llama CK (Clock). Estas señales son Generalmente periódicas (aunque pueden no serlo) y gobiernan la transición de un estado a otro. Son señales de "sincronismo" que miden el tiempo del circuito. La sincronización es la técnica principal para hacer evolucionar un circuito secuencial, podemos añadir dos entradas asíncronas de reset CLR y set PRE. El objetivo de estas señales, es que al tener estos dispositivos información almacenada que en un momento dado puede ser desconocida, se hace necesario el poderlos inicializar a un valor conocido. Así con la señal CLEAR ponemos a 0 la salida y con la señal PRE a 1.

Flip - Flop tipo J K

Un flip-flop JK es un refinamiento del RS ya que el estado indeterminado del RS se soluciona en el JK. Las entradas J y K se comportan como las entradas S y R para ajustar y despejar el flip-flop. Cuando se aplican señales de entrada en forma simultánea a J como a k, el flip-flop cambia a su estado complementario, esto es si Q=1, cambia a Q=0 y viceversa.

La operación de un FF tipo J K es muy similar a la de un FF RS. La única diferencia es que no tiene un estado inválido. Para la condición J=K=1 el FF complementa el estado presente.

La tabla característica resume el comportamiento del FF tipo J K disparado por flanco negativo.

Flip - Flop tipo D

El flip-flop tipo D recibe esta denominación debido a su capacidad de transferir "datos" en el flip-flop. En forma básica es un flip-flop RS con un inversor en la entrada R, El inversor agregado reduce el número de entradas de dos a uno.La operación de un FF tipo D es mucho más simple. Sólo posee una entrada además de la del reloj. Se le denomina "data" y es muy útil cuando queremos almacenar un dato de un bit (0 o 1). Si hay un 1 en la entrada D cuando se aplica el pulso de reloj la salida Q toma el valor de 1 (SET) y lo almacena. Si hay un 0 en la entrada D, cuando se aplica el pulso de reloj la salida toma el valor de 0 (RESET) y lo almacena. El cambio en la salida del FF se efectúa en el flanco de bajada del reloj.

La tabla característica resume el comportamiento del FF tipo D disparado por flanco negativo.

Flip - Flop tipo RS

Como ya se mencionó anteriormente, estos circuitos pueden construirse con Compuertas NAND o dos compuertas NOR. Cada circuito forma un flip-flop básico, La conexión y el acoplamiento cruzado mediante la salida de una compuerta a la entrada de otra constituye una trayectoria de retroalimentación. Por esta razón los circuitos se clasifican como secuenciales asíncronos. Cada flip-flop tiene dos salidas Q y Q negada, y dos entradas, SET para ajustar y RESET para restaurar. A este tipo de flip-flop se les llama RS.

La operación del FF RS disparado por flanco es similar a la operación analizada anteriormente, con la diferencia de que el cambio de estado se efectúa en el flanco de bajada del pulso de reloj. El estado S=R=1 es un estado prohibido.La tabla característica resume el comportamiento del FF tipo RS disparado por flanco negativo.

Flip Flop tipo T

Sólo posee una entrada además de la del reloj. Se le denomina "toggle". Si hay un 0 en la entradaT, cuando se aplica el pulso de reloj la salida mantiene el valor del estado presente. Si hay un 1 se complementa. El flip-flop tipo T es una versión de una sola entrada del flip-flop JK, el flip-flop T se obtiene mediante un tipo JK si ambas entradas se unen. La denominación T proviene de la capacidad del flip-flop para conmutar (toggle), o cambiar de estado. Sin importar el estado presente del flip-flop, asume el estado complementario cuando ocurre el pulso de reloj mientras la entrada T es lógica 1

La tabla característica resume el comportamiento del FF tipo T disparado por flanco negativo.

Para el caso de los FF disparados por flanco positivo la diferencia es que el cambio de estado ocurre en la subida del pulso de reloj. La diferencia básica entre flip flops disparados por flanco y los disparados por nivel, es que en los disparados por flanco los cambios se efectúan en el frente de bajada o en el de subida del pulso de reloj, y aunque las entradas cambien de valor durante la duración del pulso, no se efectúan cambios hasta el siguiente pulso de reloj. En los flip flops disparados por nivel en cambio, el flip flop responde a los cambios de las entradas mientras el pulso de reloj está en 1. En cuanto a la representación los FF disparados por nivel no poseen elsímbolo > en la entrada de reloj.

Circuitos sincrónicos y asincrónicos

Hay dos tipos principales de circuitos secuenciales. Su clasificación depende del temporizado de sus señales. Un circuito secuencial asíncrono es un sistema cuyo comportamiento puede definirse por el conocimiento de sus señales en instantes discretos de tiempo.

El comportamiento de un circuito secuencial asíncrono depende del orden en el cual cambian sus señales de entrada y puede afectarse en cualquier instante de tiempo. Los elementos de memoria que por lo común se utilizan en los circuitos secuenciales asíncronos son dispositivos de retardo de tiempo. La capacidad de memoria de un dispositivo de retardo de tiempo se debe al hecho de que toma un tiempo finito para que la señal se propague a través del dispositivo.

Un sistema lógico secuencial asíncrono, por definición, debe emplear señales que afecten los elementos de memoria solo en instantes discretos de tiempo. Una forma de lograr este objetivo es usar pulsos de duración limitada a través del sistema, de modo que una amplitud de pulso represente la lógica 1 y otra amplitud (o la ausencia de pulso) represente la lógica 0.Los sistemas lógicos secuenciales asíncronos utilizan amplitudes fijas, como niveles de voltaje para señales binarias. La sincronización se logra a través de un dispositivo sincronizador llamado reloj maestro generador, el cual genera un tren periódico de pulsos de reloj. Los pulsos de reloj se distribuyen a través del sistema de tal forma que los elementos de memoria están afectados solo por la llegada del pulso de sincronización.

NE555

Este excepcional Circuito Integrado muy difundido en nuestros días nació hace 30 años y continúa utilizándose actualmente, veamos una muy breve reseña histórica de este C.I.. Jack Kilby ingeniero de Texas Instrument en el año de 1950 se las ingenió para darle vida al primer circuito integrado, una compuerta lógica, desde entonces y hasta nuestros tiempos han aparecido innumerables circuitos integrados, en Julio de 1972, apareció en la fábrica de circuitos integrados SIGNETICS CORP., un microcircuito de tiempo el NE555V, inventado por el grupo que dirigió el Jefe de Producción en ese tiempo, Gene Hanateck, este integrado se puede aplicar a diversas aplicaciones, tales como;

· Control de sistemas secuenciales, · Generación de tiempos de retraso, · Divisor de frecuencias, · Modulación por anchura de pulsos, · Repetición de pulsos, · Generación de pulsos controlados por tensión, etc

Además de ser tan versátil contiene una precisión aceptable para la mayoría de los circuitos que requieren controlar el tiempo, su funcionamiento depende únicamente de los componentes pasivos externos que se le interconectan al microcircuito 555

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los más importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable

Multivibrador astable: Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es el que se muestra. La señal, de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel bajo un tiempo T2. Los tiempos de duración dependen de los valores de R1 y R2.

T1 = 0.693(R1+R2)C1 (seg) y T2 = 0.693 x R2 x C1 (seg)

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula: f = 1/(0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2)) f = 1 / (T1 + T2 )

y el período es simplemente T = 1 / fEl ciclo de trabajo está dado por CT=100 x R2 / (R1+ 2 x R2)

Cuando la señal de disparo está a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene a nivel bajo (0V), que es el estado de reposo. Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por el valor de disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta transcurrido el tiempo determinado por la ecuación: T = 1.1 x R1 x C ( seg ) Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el flanco de bajada de la señal de disparo sea de una pendiente elevada, pasando lo más rápidamente posible a un nivel bajo (idealmente 0V)

6. PROCEDIMIENTO

Una vez analizado el problema y determinado las condiciones y estados que utilizaremos para nuestro circuito como las entradas y las salidas, realizamos una diagrama de estados y una tabla de valores para posterior sacar nuestras funciones mediante algebra Booleana para poder implementar y simular el circuito.

DETALLE DEL PROBLEMA A RESOLVER Diseñar un circuito secuencial para el control de un semáforo inteligente de dos vías. El circuito consta de dos sensores en las vías para detectar la presencia de automóviles Y dos pulsadores en las esquinas para detectar los transeúntes. El semáforo debe funcionar normalmente si existe la presencia de automóviles en las 2 vías caso contrario dará preferencia a la vía congestionada. Si existe la pulsación de 3 veces por parte de los transeúntes el semáforo dará preferencia al paso de personas.La frecuencia de la señal de reloj puede ser variada en cualquier instante de tiempo con al menos tres valores específicos. Diseñe e implemente el circuito con flip-flops j-k y los circuitos secundarios con flip-flops D.

DESARROLLO DEL PROBLEMA

Diagrama estados del problema:Detector de pulsos

Q1 Q2 Q1+n Q2+n S D1 D20 0 0 1 0 0 10 1 1 0 0 1 01 0 1 1 0 1 11 1 0 0 1 0 0

Funciones D1=~Q1Q2+Q1~Q2D2=~Q1~Q2+Q1~Q2S0=Q1Q2

Semáforo

Entradas: S1, S2 Salidas: Sem 1,Sem2

Tabla de verdad:CLK=

Tabla de verdad

S1 S2 Q1 Q2 Q1+n Q2+n Sem1 Sem2 J1 K1 J2 K20 0 0 0 0 1 V R 0 x 1 x0 0 0 1 1 0 A R 1 x x 10 0 1 0 1 1 R V x 0 1 x0 0 1 1 0 0 R A x 1 x 10 1 0 0 0 1 R V 0 x 1 x0 1 0 1 1 0 R A 1 x x 10 1 1 0 1 1 V R x 0 1 x0 1 1 1 0 0 A R x 1 x 11 0 0 0 0 1 V R 0 x 1 x1 0 0 1 1 0 A R 1 x X 11 0 1 0 1 1 R V x 0 1 x1 0 1 1 0 0 R A x 1 x 11 1 0 0 0 1 V R 0 x 1 x1 1 0 1 1 0 A R 1 x x 11 1 1 0 1 1 R V x 0 1 x1 1 1 1 0 0 R A x 1 x 1

Funciones:Semáforo 1

V= S̄2 Q̄ 1Q̄ 2+ S̄1S2Q1 Q̄ 2+S 1Q̄ 1Q̄ 2A=S̄ 2Q̄ 1Q 2+ S̄1S2Q 1Q 2+S1Q̄ 1Q2R=S̄2Q 1+S̄1 S2Q̄ 1+S1Q1

Semáforo 2

V= S̄2Q 1Q̄ 2+ S̄1S2 Q̄1Q 2+S 1Q 1Q 2A=S̄ 2Q 1Q 2+ S̄1S2 Q̄ 1Q 2+S1Q 1Q2R=S̄2 Q̄ 1+S̄1 S2Q 1+S1 Q̄1

Flip-flop Jk

J 1=Q̄ 1Q 2K 1=Q 1Q 2J 2=Q̄ 2K 2=Q 2

FUNCIONAMINETO DEL CIRCITO

P1 P2 S1 S2 V R V1 R1 SEM0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 0 10 0 1 0 0 0 0 0 10 0 1 1 0 0 0 0 10 1 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 1 00 1 1 0 1 0 1 1 00 1 1 1 0 0 1 1 01 0 0 0 1 0 0 1 01 0 0 1 1 0 0 1 01 0 1 0 1 0 0 1 01 0 1 1 1 0 0 1 01 1 0 0 0 1 1 0 01 1 0 1 0 1 1 0 01 1 1 0 0 1 1 0 01 1 1 1 0 1 1 0 0

Diseño:

TABLA DE MEDICIONES

DETECTO

R DE

PULSO

S

SEMAFO

RO

SEÑAL D

E RELOJ

SEMAFORO 1 SEMAFORO 2VV1= IV1= VV2= IV2=VA1= IA1= VA2= IA2=VR1= IR1= VR2= IR2=

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES El circuito integrado 555 conectado de tal forma que funcione como multivibrador

astables nos pude dar diferentes señales de reloj esto depende de los valores de los componentes del circuito que acompaña al integrad 555

Los diagramas de estado nos ayudan en la resolución y el diseño del problema planteado.

Los circuitos secuenciales a diferencia de los circuitos combinacionales dependen de su salida ya que esto permite el cambio de estado de los flip-flops

RECOMENDACIONES:

Al momento de realizar el circuito detector de pulsos se recomienda clocar un condensador electrolítico en paralelo con el pulsador para evitar rebote y que se produzcan estados fantasmas de igual forma na vez terminado el ciclo de funcionamiento se recomienda resetear el flip-flop para que no se dé el almacenamiento de estados no deseados conocidos comúnmente como estados basura

8. ANEXOS

Bibliografía “Sistemas electrónicos digitales”

Enrique Mandado P.Yago Mandado RodríguezMARCOMBO, EDICIONES TECNICAS 20089° Edición“Sistemas secuenciales”Pág.: 165-239

Página web “Timer 555”

Disponible en: http://www.herrera.unt.edu.ar/eiipc/material/apuntes/El%20Timer%20555-556.pdf