5. Contadores 2017-i 2a4e2g

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES II LAB. 5 : Contadores Profesor: Ing. Oscar Casimiro Pariasca I. OBJETIVO: - Diseñar circuitos secuenciales autónomos (contadores) asíncronos y síncronos utilizando CI’s estándar. II. MATERIALES y EQUIPO : - Protoboard, cables de conexión, Opcional: módulos EB-205, TM-01 - CI TTL : - 2 CI 74LS90 (contador de décadas, de 0 a 9) - 1 CI 74LS93 (contador de rizo, 4 bits) - 1 CI 74LS161 (contador binario con carga en paralelo) - 2 CI 74LS47 (decod BCD a 7 segmentos) - 1 CI 74LS193 (contador ascendente-descendente) - 1 CI 74LS154 (decodificador) - 2 CI 74LS76 (flip-flop JK) - 1 CI 74LS08 - 1 CI 74LS160 (contador síncrono 4 bits) - 1 CI 74LS163 (contador síncrono 4 bits) - 1 CI 74LS151 (multiplexor) - Otros CI - 2 display de 7 segmentos - Leds (varios) - Resistencias : - 14 x 120 OHM, ½ Watt; - 2 x 47 ohm - Fuente C.C. +5 voltios; VOM; ORC; Generador de Pulsos. III. CUESTIONARIO PREVIO: 1. Describir el modo de operación del CI 74LS90, CI 74LS93 , CI 74LS160, CI 74LS161 y del CI 74LS193. 2.

A qué se denomina MODULO de un contador?. Diseñar un contador síncrono de módulo 6 con el CI 74LS90. Determinar la relación que hay entre las frecuencias de las señales en las salidas de los flip-flop con la frecuencia de la señal de reloj.

3.

Explique el funcionamiento del CI 74LS93. Mediante el uso de las dos entradas de reloj (CLKA y CLKB) y las dos entradas R0(1) y R0(2) se puede truncar la secuencia en cualquier valor entre 0 y 16. Para cada una de las configuraciones mostradas indique la secuencia de conteo.

(NOTA: Solo es necesario conectar CLKA a la señal de reloj externa, ya que CLKB viene controlada por Q0 en todos los casos). 4.

Para el circuito CI 74LS93, diseñar un contador módulo 14. Realizar el diagrama de tiempos para la señal de RELOJ mostrada y dibujar las formas de onda de salida (QA, QB, QC y QD) así como la entrada al terminal RO1. Resalte la condición de borrado de los flip flops.

Indique si en un circuito síncrono o asíncrono.

Ing. Oscar Casimiro Pariasca Sem. 2017-I

5.

Para el CI 74LS193, ¿cómo se determina la señal de conteo? ¿Cuál es la finalidad de las salidas /BORROW y /CARRY ? .¿Qué ocurre cuando la carga y las entradas de RESET se activan simultáneamente?. ¿Cuál de las dos entradas tiene mayor prioridad?. Explique el modo de carga paralelo en el contador 74LS193

6.

El circuito mostrado es un contador-divisor síncrono de 3 bits, que puede ser implementado utilizando los CI 74LS76 y 74LS00: ¿Explique el funcionamiento del contador y cómo se trunca la secuencia de conteo? ¿Qué papel hace la puerta NAND? Introducir una señal de reloj y compare las salidas Q0, Q1 y Q2 respecto a esta señal de reloj. Grafique estas señales en un cronograma de tiempos.

7.

ANALIZAR LOS CIRCUITOS (4) y (6) DEL CUESTIONARIO PREVIO Y LOS DE LA PARTE EXPERIMENTAL Y VERIFICAR CON UN SIMULADOR DIGITAL (PROTEUS u otros) EL FUNCIONAMIENTO DE ESTOS CIRCUITOS. ANEXAR SUS ARCHIVOS DE SIMULACIÓN

IV. PARTE EXPERIMENTAL: 1. Uso del CI 74LS90 a) Realizar el diseño de un contador de 0 a 9 teniendo en cuenta las conexiones del esquema adjunto. Verifique su funcionamiento colocando una señal de reloj de 1 Hz o menos y de 0 a +5 voltios. Utilize un decodificador 74LS47 y un display de 7 segmentos a la salida del contador.

2. Uso del CI 74LS93 (Contador de 3 bits y 4 bits) (Fig. 3) - Conecte el CI 74lS93 para que trabaje como contador de 3 bits usando la entrada B y los FF Qb, Qc y Qd. Verificar el funcionamiento conectando leds a las salidas. - Ahora conecte el CI 74LS93 como un contador de 4 bits usando la entrada A y conectando la salida Qa al terminal de entrada B. Las entradas R1 y R2 deben estar a tierra, Los terminales 5 y 10 se conectan a la fuente de 5 V c.c. Los pulsos se aplican a la entrada 14 (A). La salida Qa corresponde al bit menos significativo. Verificar el funcionamiento del contador conectando leds a las salidas.

Fig. 3 Ing. Oscar Casimiro Pariasca Sem. 2017-I

Fig. 4

Contador binario. Conectar el CI 74LS93 como se muestra en la figura 4 . La cuenta llega al 15 binario y luego regresa a 0. Aplicando una señal de reloj de 1 KHZ, observar las salidas con el osciloscopio. Dibujar las formas de onda, considerando al menos 16 ciclos de reloj. Observe que la frecuencia de reloj en la salida del primer FF es la mitad que la frecuencia de entrada del reloj. Cada FF subsiguiente reduce a la mitad la frecuencia que recibe. El contador de 4 bits divide la frecuencia de entrada entre 16 en la salida Qd Contador BCD Conectar el CI 74LS93 como contador BCD tal como se observa en la figura 5. La representación BCD emplea los números binarios del 0000 al 1001 para codificar los números decimales del 0 al 9. Observar las formas de onda en las salidas con el osciloscopio, dibujar las formas de onda, considerando al menos 10 ciclos de reloj. Otros contadores: Fig. 5 El CI 74LS93 puede conectarse de modo que cuente desde 0 hasta diversos conteos finales. Esto se hace conectando una o dos salidas a las entradas de CLEAR es decir a R1 y R2. Por ejemplo, si se conecta R1 a Qa en vez de Qd, el conteo será de 0000 a 1000. Verificar experimentalmente. Verificar, asimismo, el conteo desde 0000 hasta: a) 1101 b) 0111

c) 1011

Conecte cada circuito y verifique la sucesión de conteo aplicando pulsos con el pulsador y observando el conteo de salida en los leds. Formas de onda en compuerta NAND Conectar el circuito de la figura 6 y verificar las formas de onda a la salida de la compuerta NAND

Contador

Fig. 6

3. Uso del CI 74LS76 Contador de rizo Construya un contador de rizo de 4 bits usando el CI74LS76. Conecte a 1 lógico todas las entradas asincrónicas de preset y clear. Conecte la entrada de pulso de conteo a un pulsador y verifique que el contador funcione correctamente. Modifique el contador de modo que cuente hacia abajo. Compruebe que cada pulso de entrada disminuye en 1 el contador. Contador sincrónico Construya un contador sincrónico de 4 bits y verifique su funcionamiento. Use 2 CI74LS76 y un CI 74LS08.

Fig. 7 - CI 74LS76

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Contador decimal Diseñe un contador BCD sincrónico que cuente de 0000 a 1001. Use dos CI 74LS76 y un CI 74LS08. Verifique que la sucesión de conteo sea la correcta. Determine si el contador se reinicia automáticamente. Esto se hace iniciando el circuito con cada uno de los seis estados no utilizados mediante las entradas de set y reset. Si el contador se reinicia automáticamente, la aplicación de pulsos deberá transferir el contador a uno de los estados válidos. 4. Uso del CI 74LS161 Contador binario con carga paralela El CI 74LS161 es un contador binario sincrónico de 4 bits con carga paralela y despeje asincrónico. Verificar el funcionamiento del CI 74LS161 de acuerdo a la tabla de función. (Fig. 8) Muestre como puede hacerse que el CI 74161, junto con una compuerta NAND de dos entradas opere como contador BCD sincrónico que cuente de 0000 a 1001. No utilizar la entrada de reset. Utilice la compuerta NAND para detectar la cuenta 1001, lo que hará que se carguen ceros en el contador. Fig. 8 - 74LS161

5. Uso del CI 74LS193 - Verificar el funcionamiento del CI 74LS193 (Opcional: utilizar el módulo EB-205). a) Comprobar la cuenta ascendente y descendente. b) Verificar la carga paralelo del contador. c) Modificar para que la cuenta sea de 0 a 8 d) Cargar en paralelo el número “6”, inmediatamente después de identificar el número “4”. Proseguir la cuenta de 6 a 7. Resetear el contador en el octavo pulso, sin generar /CARRY. e) Verificar la utilidad de los decodificadores y del display. 6. Diseñar un circuito conversor paralelo/serie de 8 bits con un contador 74LS93 y un multiplexor 74LS151. Explique su funcionamiento. Indique algunas aplicaciones utilizadas para la transmisión de datos. Comprobar su funcionamiento convirtiendo el dato 10110101. Dibuje la forma de onda de salida e identifique los bits de entrada en la salida. ¿Qué bit se transmite primero, el más significativo o el menos significativo?

V. CUESTIONARIO FINAL: 1. 2.

3.

4. 5.

6. 7. 8.

Analice y explique el funcionamiento de los circuitos de la parte experimental. Los contadores tienen su cuenta máxima definida por el número de FF que tienen. ¿Qué sucede cuando se desea llegar a una cuenta menor a ésta?. ¿Cómo se implementarían los circuitos?. Muestre ejemplos específicos de contadores de módulo-n. ¿Qué operación se efectúa en el contador ascendente-descendente de la práctica cuando ambas entradas, arriba y abajo, están habilitadas?. ¿Qué modificación podría hacerse de modo que cuando ambas entradas sean 1, el contador no cambie de estado, sino que permanezca en la misma cuenta? Diseñar un contador binario sincrónico de 4 bits con flip flops tipo D Diseñar con flip flops tipo T un contador que pase por la siguiente sucesión binaria repetida: 0-1-3-7-6-4-... Demuestre que si los estados binarios 010 y 101 se consideran condiciones de indiferencia, el contador podría no funcionar correctamente. Encuentre una forma de corregir el diseño. Diseñar un sistema usando el registro de desplazamiento 74164 para producir una salida 1 cuando las últimas seis entradas han sido 1 y de lo contrario será cero. Diseña un sistema, usando un contador 74161 que produzca un 1 en la salida cuando la entrada ha sido 1 al menos 12 pulsos consecutivos. ANEXAR SUS ARCHIVOS DE SIMULACION CON EL PROTEUS ú otro simulador.

VI. Conclusiones. Ing. Oscar Casimiro Pariasca Sem. 2017-I