Circuitos secuenciales.

Un circuito lógico secuencial es aquel cuyas salidas no solo dependen de sus entradas actuales, sino también de su posición o estado actual, almacenada en elementos de memoria

En la siguiente figura se presenta un diagrama a bloques de un circuito secuencial. Este consta de un circuito combinatorio y elementos de almacenamiento que juntos forman un sistema retroalimentado. Los elementos de almacenamiento son dispositivos que pueden almacenar información binaria en su interior (1’s y 0’s). La información binaria almacenada define el estado del circuito secuencial. El circuito secuencial recibe información binaria de entradas externas, las cuales, junto con el estado presente almacenado en memoria, determinan el valor binario de las salidas, así como la condición para cambiar el estado del circuito.

Ilustración 1

Tipos de circuitos secuenciales.

Existen dos tipos principales de circuitos secuenciales, los asíncronos y los síncronos.

Un circuito secuencial asíncrono es aquel que su estado puede ser afectado en cualquier instante al cambiar el valor de las entradas. Sus elementos de almacenamiento son dispositivos con retraso de tiempo, en los cuales la capacidad de almacenamiento se debe a que la señal tarda un tiempo finito en propagarse por el dispositivo.

En los sistemas asíncronos del tipo compuertas, los elementos de almacenamiento constan de compuertas lógicas donde el tiempo de propagación de las señales proporciona el espacio de almacenamiento requerido. Por lo tanto, un circuito secuencial asíncrono puede considerarse como un circuito combinacional con retroalimentación. Debido a la retroalimentación entre compuertas lógicas, el sistema puede operar de manera impredecible y algunas veces incluso hacerse inestable, por lo que se utilizan en muy contadas ocasiones.

Un circuito secuencial síncrono utiliza señales que modifican su estado solo en instantes discretos de tiempo. La sincronización se logra a través de un dispositivo de sincronización llamado generador de señales de reloj que produce una sucesión periódica de pulsos de reloj. Estos se distribuyen en todo el sistema de tal manera que los elementos de almacenamiento sólo sean afectados a la llegada de cada pulso:

Ilustración 2

Las salidas de los elementos de almacenamiento cambian solo cuando hay pulsos de reloj. Los circuitos secuenciales síncronos que utilizan pulsos de reloj en la entrada de elementos de almacenamiento reciben el nombre de circuitos secuenciales controlados por reloj y son del tipo que se encuentra con mayor frecuencia en la práctica ya que rara vez manifiestan problemas de inestabilidad. (LÓGICA SECUENCIAL Y COMBINATORIA SESIÓN 12, 2020)

El circuito deberá cumplir las siguientes condiciones:

a.       El circuito deberá mostrar el resultado en un display de 0 a 9 segmentos.

b.      A través de un switch lógico se decide si la secuencia de estados del circuito.

c.       Se podrán utilizar únicamente flip flops, pueden ser de tipo JK, D o T.

d.      Para la señal de reloj se puede utilizar la de laboratorio.

 Materiales utilizados:

1.- Protoboard

2.- Cables UTP

3.- Resistencias (220 Ohms y 470 Ohms)

4.- Fuente (Cargador de celular)

5.- Compuertas de tipo OR 74LS32, XOR 74LS86, Inverter 74LS04

6. - Dip Switch

7. - Display (Anode Común) 
8. - Software de Simulación Electrónica; CircuitMaker2000

9.- Integrado Decodificador 7-segmentos (74LS47)

10.- Flip Flop JK (CD4027BE)

Procedimiento:

< >El primer paso es determinar cuántos bits de entrada existen para determinar el número de Flip-Flops necesarios. Para esto se necesita ver el diagrama de estados propuesto. Como se puede observar, el diagrama solo llega hasta el número 3 en binario, es decir que solo utiliza 2 bits de entrada. Por lo tanto solo se utilizaran 2 Flip-Flops. 

< >Luego es necesario hacer una tabla de verdad donde existan todos los estados posibles (incluyendo el switch X) y el estado que deseamos a continuación.Se elige un método de control para cumplir con los estados actuales y siguientes. En este caso se decidió utilizar Flip-Flops tipo JK. Para lograr definir los estados de control se requiere revisar la teoría de tablas de transición y excitación de los JK

Ilustración 3

 Se realiza la tabla de estados y se define una función para las entradas de los JK. Para esto se utiliza el método de mapas de Karnaugh para 

       J2, K2, J1 y K1. Note que la función de J1 puede ser simplificada a un 1 lógico debido a sus estados con variables Don't Care(x). Se procede de la siguiente manera:

Ilustración 4

Ilustración 5

Resultados

Ilustración 6

Reloj Digital de Lectura Binaria

En principio el planteamiento es el mismo que en un reloj digital común y corriente: un generador de pulsos, un contador/divisor por 10, un contador/divisor por 12, un contador/divisor por 6 y si queremos un pre selector para una alarma. En un caso usaremos, displays y en el otro caso unos diodos LED para representar los bits. (Circuito Contador y Secuencial, 2020)

Contador lógico de 9 a 0 con compuertas

Representación

Ilustración 7

Display de 7 segmentos cátodo común

Es aquel que tiene el pin común conectado a los negativos del LED´s. Quiere decir que este tipo de display se “controla” con 1 s lógicos o con voltaje positivo. El arreglo para un display de cado común será el siguiente.

Ilustración 8

Tabla de verdad

• Si se encienden solo los segmentos a,b,c,f,g se forma el número 9
• Si se encienden todos los segmentos, se formara el número 8
• Si se encienden solo los segmentos a,b,c, se formara el número 7
• Si se encienden solo los segmentos ,c,d,e,f,g, se formara el número 6
• Si se encienden solo los segmentos a,f,g,c,d,  se formara el número 5
• Si se encienden solo los segmentos b,c,f,g, se formara el número 4
• Si se encienden solo los segmentos a,b,c,d,g, se formara el número 3
• Si se encienden solo los segmentos a,b,g,d,e, se formara el número 2
• Si se encienden solo los segmentos b,c, se formara el número 1
• Si se encienden solo los segmentos a,b,c,d,e,f, se formara el número 0

Display

los siguiente resultados

Ilustración 9

Nuestro circuitos nos quedaría de esta manera

Ilustración 10

(Duque, 2019)

Bibliografía

Circuito Contador y Secuencial. (2020). Obtenido de sites google: https://sites.google.com/a/udlanet.ec/electronicadigital302493/contadores/practica-5-circuito-contador-y-secuencial

Duque, E. (27 de 05 de 2019). como hacer un contador lógico 0 a 9 con compuertas lógicas . Obtenido de youtube: https://www.youtube.com/watch?v=xcIAz31Vq84

LÓGICA SECUENCIAL Y COMBINATORIA SESIÓN 12. (2020). Obtenido de itx.edu.co: http://www.itq.edu.mx/carreras/IngElectronica/archivos_contenido/Apuntes%20de%20materias/Apuntes_Log_Sec_Comb/Sesion_12_LSC.pdf