Diagramas de Tiempo.pptpara electronica aplicada

Electronica Aplicada

1. P R I N C I P I O S E L É C T R I C O S Y A P L I C A C I O N E S D I G I T A L E S1

2. INTRODUCCIÓN
Hasta hoy todo era combinatorio (Sistemas Digitales I)
Las salidas dependían únicamente de las entradas en ese momento.
En este curso abordaremos los Sistemas Secuenciales o también llamados
Maquinas de Estados Finitos.
La salida no solo depende de la entradas presentes, también dependerá de la
historia pasada, de lo que sucedió antes.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I2

3. EJEMPLOS CLÁSICOS
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I3

4. TIPOS DE CIRCUITOS SECUENCIALES
Existen dos tipos de circuitos secuenciales
Sincrónicos: Son sistemas cuyo comportamiento puede definirse a partir del
conocimiento de sus señales en instantes discretos de tiempo.
Asincrónicos: Depende del orden que cambien las señales de entrada y pueda
ser afectadas en un instante dado de tiempo.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I4

5. SISTEMAS SINCRÓNICOS
(SÍNCRONOS O CON CLOCK)
Son sistemas que actúan bajo un control de tiempo, este control se denomina reloj
(clock).
Clock: es una señal que se alterna entre los valores lógicos 0 y 1 en un periodo
regular.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I5
Fig. 1: Señales de Clock
T

6. EL CLOCK
El Periodo (T): es el tamaño en tiempo de un ciclo.
La Frecuencia (f): es el inverso del periodo, 1/T y está dada en Hertz (Hz).
Ejemplo:
Una señal con frecuencia de 200 MHz, corresponde a una señal que tenga
un periodo de 5 ns.
En la mayoría de los sistemas sincrónicos, los cambios ocurren en las
transiciones donde la señal cambia de 0 a 1 ó de 1 a 0.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I6

7. DIAGRAMA CONCEPTUAL DE UN
SISTEMA SECUENCIAL
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I7
Lógica Combinatoria
Memoria
.
.
.
x
1
x
n
Clock
.
.
. .
.
.
Z
1
Z
k
.
.
.
q
1
q
m

8. COMENTARIOS SOBRE EL DIAGRAMA
Tiene nentradas, (x’s)
El clock se comporta como una entrada más.
Tiene ksalidas (z’s)
Tiene mdispositivos de almacenamiento binario (q’s)
Cada dispositivo podrá tener una o dos señales de
entrada
Muchos sistemas tiene solo una entrada y una salida,
pero veremos ejemplos con varias entradas e
incluso algunos sistemas que no tienen entradas a
no ser el clock.
Memoria: Flip-Flop’s.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I8

9. TABLAS Y DIAGRAMAS DE ESTADOS (1)
Ejemplo de un sistema secuencial:
EJE6: Un sistema con una entrada xy una salida z, de tal forma que z= 1, si x
ha sido 1 por tres pulsos de clock consecutivos.
Para este ejemplo, el sistema debe almacenar en memoria la información de
los últimos tres estados de la entrada y producir una salida basada en esa
información.
Estado: Lo que se almacena en la memoria es el estadodel sistema.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I9

10. TABLAS Y DIAGRAMAS DE ESTADOS (2)
En este ejemplo, la salida depende únicamente del
estado del sistema y que se haya seguido el
patrón definido en la entrada del sistema.
E este tipo de Máquinas de Estado que sólo
dependen del estado actual del sistema son
llamadas de Modelos Moore ó Máquinas Moore,
debido a Edward F. Moore*.
* Edward F. Moore, un pionero de las Máquinas de estados, quien
escribió Gedanken-experiments on Sequential Machines, pp
129 –153, Automata Studies, Annals of Mathematical Studies,
no. 34, Princeton University Press, Princeton, N. J., 1956.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I10

11. TABLAS Y DIAGRAMAS DE ESTADOS (3)
No abordaremos todavía el diseño de un sistema secuencial, pero daremos
las herramientas necesarias para describirlo.
Tabla de Estados: es una tabla que describe las transiciones de una máquina
de estados finitos, en otras palabras, muestra las relaciones funcionales entre
las entradas, salidas y estados de la memoria. Para cada combinación y cada
estado, indica cual será la salida y cual será el próximo estado después del
siguiente pulso de clock.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I11

12. TABLAS Y DIAGRAMAS DE ESTADOS (4)
Diagrama de Estados: Es una representación gráfica del comportamiento del
sistema, mostrando cada combinación de entrada y cada estado, de la misma
forma muestra el resultado de la salida y el valor del estado siguiente después
de un pulso de clock.
A continuación veremos la tabla y el diagrama de estados para el EJE6.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I12

13. TABLAS Y DIAGRAMAS DE ESTADOS (5)
Estado Estado Siguiente
Presentex = 0 x = 1 Salida
A A B 0
B A C 0
C A D 0
D A D 1
Manrique © 2005 S I S T E M A S D I G I T A L E S I I 13
Tabla y diagrama de estados para el EJE6
En el futuro nos referiremos al Estado Presente por el símbolo qy el Estado
Siguiente por el símbolo q*.

14. TIMING TRACE (RASTREO EN EL TIEMPO)
Un timing trace, es un conjunto de valores para las
entradas y salidas arreglados en una forma
consecutiva con relación a los pulsos de clock. Es
usado normalmente para explicar o clarificar el
comportamiento de un sistema.
x011011100101111100
q?ABCABCDAABABCDDDAA?
z?00000010000001110000
Manrique © 2005 S I S T E M A S D I G I T A L E S I I 14
Timing trace para el EJE6

15. S I S T E M A S D I G I T A L E S I I15

16. LATCH
Un Latch es un dispositivo binario de
almacenamiento, construido con dos o más
compuertas con realimentación.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I16
Un Latch con compuertas NOR
P
Q
P = (S + Q)’
Q = (R + P)’
Ecuaciones del sistema
S = Set
R = Reset

17. UN LATCH CON GATILLO (GATED)
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I17
En este latch, cuando la señal del gate es inactiva, tanto SG y RG serán 0 y el latch
permanece sin cambios. Únicamente cuando la señal del gate es 1 el latch podrá
recibir el valor 0 ó 1 así como el latch anterior.

18. EL FLIP FLOP
El Flip Flop es un dispositivo de almacenamiento binario con colck.
Bajo operaciones normales este dispositivo almacenará un 1 ó un 0 y sólo
cambiarán estos valores en el momento que ocurra una transición del
clock.
Las transiciones que pueden producir cambios en el sistema pueden ser
cuando el clock va de 0 a 1, disparo por rampa de subida (leadign-edge
triggered), o cuando el clock va de 1 a 0, disparo por rampa de bajada (trailing-
edge triggered).
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I18

19. RAMPAS DE SUBIDA Y DE BAJADA
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I19
Rampa de
bajada
Rampa de
subida
Clock
0
1

20. FLIP FLOP TIPO D (1)
Existen varios tipos de Flip Flops, nos concentraremos en dos tipos, el D y
el JK, el Flip Flop tipo D es el más usado y es encontrado comúnmente
en dispositivos lógicos programables.
Otros, SR y T.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I20

21. FLIP FLOP TIPO D (2)
Es el más sencillo en su operación.
El nombre proviene de Delay (retardo), ya que su salida es
un reflejo de lo que hay en la entrada con un retardo de un
ciclo de clock.
Manrique © 2005 S I S T E M A S D I G I T A L E S I I 21
D
q
q’
Clock
D
q
q’
Clock
D con rampa de bajada D con rampa de subida

22. FLIP FLOP D, TABLA DE
COMPORTAMIENTO Y DIAGRAMA
DE ESTADOS
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I22
D q q*
0 0 0
0 1 0
1 0 1
1 1 1
D q*
0 0
1 1
q* = D
Ecuación

23. COMPORTAMIENTO DE UN FLIP
FLOP TIPO D CON RAMPA DE
BAJADA
Diagrama de tiempo
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I23

24. VARIACIÓN DE LA ENTRADA
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I24
La salida no se verá
afectada, ya que el
valor de la entrada D
solo es relevante en
el instante de la
rampa de bajada

25. COMPORTAMIENTO DE UN FLIP
FLOP TIPO D CON RAMPA DE
SUBIDA
Diagrama de tiempo
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I25

26. FLIP FLOPS CON “CLEAR” Y “PRESET”
Cualquier tipo de Flip Flop podrá contar con estas
entradas asincrónicas, en el caso de Flip Flops
tipo D tenemos:
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I26
D
q
q’Clock
PRE
CLR
PRE’ CLR’ D q q*
0 1 X X 1 Constante
inmediata
1 0 X X 0
0 0 X X - Invalido
1 1 0 0 0
1 1 0 1 0 Normal
1 1 1 0 1
1 1 1 1 1

27. DIAGRAMA DE TIEMPO PARA UN
FLIP FLOP CON CLEAR Y PRESET
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I27

28. FLIP FLOP SR (SET-RESET)
Tiene dos entradas con el mismo significado que el Latch SR
Tablas de comportamiento
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I28
S R q q*
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 -
1 1 1 -
S R q*
0 0 q
0 1 0
1 0 1
1 1 -
No permitido
No permitido

29. FLIP FLOP SR –DIAGRAMA DE
ESTADOS Y ECUACIÓN
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I29
x 1
1 x 1
00 01 11 10
q\SR
0
1
q* = S + R’q

30. DIAGRAMA DE TIEMPO PARA UN
FLIP FLOP SR
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I30

31. FLIP FLOP TIPO T (TOGGLE)
Tiene una entrada T, de tal forma que si T = 1, el Flip
Flop cambia el valor del estado actual y si T = 0, el
estado permanece sin cambios.
Tablas de Comportamiento
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I31
T q q*
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
T q*
0 q
1 q’

32. DIAGRAMA DE ESTADOS PARA LE
FLIP FLOP T
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I320
1
1
1
0
0
T
Ecuación para el comportamiento del Flip Flop
q* = T q +

33. DIAGRAMA DE TIEMPO PARA UN
FLIP FLOP T
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I33

34. FLIP FLOP TIPO JK
Es una combinación del SRy del T, siendo así, su
comportamiento es como el SR, con excepción cuando
sus entradas J= K= 1 provoca que el Flip Flop cambie de
estado, como si fuera un Flip Flop T.
Tablas de comportamiento:
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I34
J K q q*
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
J K q*
0 0 q
0 1 0
1 0 1
1 1 q’

35. DIAGRAMA DE ESTADOS PARA LE
FLIP FLOP JK
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I350
1
10
11
10
11
00
01
00
10JK
1 1
1 1
00 01 11 10
q\JK
0
1
q* = Jq’ + K’q

36. DIAGRAMA DE TIEMPO PARA UN
FLIP FLOP JK
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I36

37. S I S T E M A S D I G I T A L E S I I37

38. CIRCUITO SECUENCIAL –MODELO
TIPO MOORE CON FLIP FLOPS TIPO
D
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I38
•Del circuito encontramos:2
12
1211
qz
xqD
qxqqD



1 2

39. TABLA Y DIAGRAMA DE ESTADOS
DEL CIRCUITO
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I39
q
1* q
2*
q
1 q
2 x = 0 x = 1 z
0 0 0 0 1 0 1
0 1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 1 1 1
1 1 0 0 0 1 01
00
0
01
1
10
0
11
0
0
1
0
1
1
0
1

40. CIRCUITO SECUENCIAL –MODELO
TIPO MOORE CON FLIP FLOPS TIPO
JK
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I40
Este es un circuito de modelo tipo
Moore, ya que la salida z, que es igual
a A + B, es una función del estado, o
sea, el contenido de los flip flops, y no
de la entrada x.BAz
AxKJ
BxKxJ
BB
AA




41. TABLA DE ESTADOS PARA EL
EJEMPLO ANTERIOR
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I41
A* B*
A B x = 0 x = 1 z
0 0 0 1 1 1 0
0 1 0 0 1 0 1
1 0 1 0 0 1 1
1 1 1 1 1 0 1
Para completar la tabla hay que tener en cuenta las ecuaciones
de entrada de los flip flops y el funcionamiento de cada uno de
ellos para determinar el estado siguiente.

42. TRAZADO EN EL TIEMPO Y DIAGRAMA
DE TIEMPOS
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I42
x0010110
A00011100
B010110101
z010111101

43. DIAGRAMA DE ESTADOS PARA EL EJEMPLO
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I430
00
1
01
1
10
1
11
0
0
1
0
1
1
1
0
0

44. EJEMPLO CON EL MODELO MEALY
En algunos casos, la salida depende de la entrada actual así como
del valor de los estados actuales.
Este tipo de circuitos son clasificados como sistemas
secuenciales de modelo Mealy.
Un ejemplo de este modelo es este sistema.
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I44

45. ECUACIONES
Las ecuaciones de entrada y salida para el circuito
son:
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I451
212
211
xqz
qqxD
xqxqD



Como son flip flops tipo D, entonces q* = D

46. TABLA DE ESTADOS Y DIAGRAMA
DE ESTADOS
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I46
q
1* q
2* z
q
1q
2x = 0x = 1x = 0x = 1
0 0 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 1
1 1 0 0 1 0 0 100
0/0
11
01 10
1/0
0/0
0/0
0/0
1/1
1/1
1/0

47. TRAZADO EN EL TIEMPO Y DIAGRAMA
DE TIEMPOS
S I S T E M A S D I G I T A L E S I I47
x011011110
q1?001001110
q2?010010000
z00000011000