Sistemas secuenciales

CONTROL Y PROGRAMACIÓN
DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
- SISTEMAS SECUENCIALES Y
ARQUITECTURAS -
Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN
Dpto. de Tecnología
IES CAP DE LLEVANT - MAÓ
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO
Maó - 2010

2
Contenido (I)
 Distinción de sistemas analógicos y digitales.
 Circuitos lógicos combinacionales. Álgebra de Boole. Seguimiento de las normes de
aplicación de postulados y teoremas.
 Construcción de tablas de verdad a partir de enunciados de problemas lógicos.
Simplificación de funciones lógicas.
 Formulación de funciones lógicas a partir de circuitos eléctricos conmutados o de
esquemas con puertas lógicas.
 Implementación de funciones lógicas con puertas electrónicas. Circuitos integrados
combinacionales.
 Resolución de problemas de control con circuitos combinacionales. Rigor en las
soluciones.
 Aplicación al control del funcionamiento de un dispositivo. Iniciativa a la hora de montar
circuitos.
 Circuitos lógicos secuenciales. Distinción entre sistemas combinacionales y
secuenciales.
 Descripción de los principales circuitos secuenciales: memorias, registros de
desplazamiento, contadores síncronos y asíncronos.
 Análisis del esquema de un circuito secuencial sencillo. Construcción del diagrama de
fases.
 Circuitos de control programado. Programación rígida y flexible. Programadores.
CIRCUITOS SECUENCIALES
CONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC

3
Contenido (II)
 El microprocesador y sus instrucciones básicas.
 El microcontrolador. Diseño de circuitos microcontrolados sencillos.
 Autómata programable. Aplicación al control programado de un mecanismo.
 El ordenador como elemento de control: hardware y software. Interfaces.
 Lenguajes de programación para el control de procesos mediante ordenador.
 Realización de un programa sencillo de control de datos a través de algún puerto de
ordinador.
 Autonomía en la resolución de ejercicios.
 análisis de la arquitectura de un ordenador tipo PC. Introducción a los protocolos de
comunicación.
 Adquisición, transmisión y gestión de datos.
 Uso de las herramientas informáticas para la captación, almacenamiento, análisis y
tratamiento de la información, redacción de memorias, confección de planos y
comunicación.
 Hábito de lectura de temes informáticos actualizados. Satisfacción por los avances
obtenidos.

4
Circuitos lógicos secuenciales
 CIRCUITO SECUENCIAL es todo sistema digital en el que
sus salidas son función del estado actual de sus entradas
y del estado anterior de sus salidas. Por tanto, almacenan
de forma indefinida el estado de las salidas. Poseen
memoria.

5
Biestables
 BIESTABLES (latches) son circuitos secuenciales
construidos a base de puertas lógicas que tienen la
capacidad de almacenar información binaria de un bit
 Disponen de dos salidas capaces de mantener los dos
estados de un bit de manera estable, aunque desaparezcan
las entradas.
 También se llaman células elementales de memoria.
 Los más utilizados son los biestables RS, JK, T ó D.

6
Biestables RS (I)
 Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados
(alto y bajo), cuyas entradas R y S, a las que debe el
nombre, permiten al ser activadas:
 R: el borrado (reset), puesta a 0 de la salida.
 S: el grabado (set), puesta a 1 de la salida.
 Tiene dos salidas Q y Q’
 Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable
permanece en el estado que poseía tras la última operación
de borrado o grabado. En ningún caso deberían activarse
ambas entradas a la vez, ya que esto provoca que las
salidas directa (Q) y negada (Q') queden con el mismo
valor.

7
Biestables RS (II)
 Pueden ser implementados con
diferentes puertas lógicas. N
este caso, con puertas NOR

8
Biestables RS (III)
 Este biestable RS está implementado con puertas NAND y
funciona con lógica negativa

9
Biestables JK
 Funciona igual que el biestable RS pero elimina la indeterminación de la
combinación R=1 y S=1 (se producirá cambio)
 La entrada J pone la salida a 1 (set), mientras que la entrada K la pone a 0
(reset)
 Es un RS con dos AND’s a la entrada
para introducir la entrada de CK y
para evitar la combinación 1 1 en la
entrada del RS

10
Biestables T
 Es un biestable JK cuyas entradas están unidas
 De esta forma, cuando T=0 la salida Q no cambia mientras
que cuando T=1 la salida Q cambia.
 No tiene opciones de set o reset; únicamente
mantenimiento o cambio de la salida

11
Biestables D
 Es un biestable cuya salida Q adopta el valor de la entrada
D.
 Su función es almacenar en memoria el dato que
queramos; 1 o 0

12
Entrada de reloj en circuitos secuenciales
 La señal de reloj es un tren de pulsos con un valor de frecuencia
seleccionado según las necesidades de nuestros circuitos
 Sirve para marcar el ritmo y los instantes en los que las salidas de los
circuitos se actualizan (son válidas)
 Existen tres modos de indicar el instante de validación de las salidas:

13
Registros de desplazamiento
 REGISTRO DE DESPLAZMIENTO (shift registers) es un circuito secuencial formado
por un conjunto de n biestables conectados en cascada que es capaz de almacenar n
bits que puede desplazar la información de un biestable al siguiente.
 Para ello, el registro dispone de una entrada de reloj en cada uno de los biestables
que sirve para sincronizar la carga de los biestables y el desplazamiento de la
información

14
Contadores
 CONTADOR es un circuito secuencial formado por un conjunto
de n biestables que es capaz de contar un número de impulsos
presentes en su entrada (2n impulsos) y generar el
correspondiente código binario.
 Los contadores pueden ser síncronos o asínconos

15
Contadores asíncronos o de
rizos
 Cada pulso de reloj actualiza un biestable
 Al tener las entradas J y K a 0, cada impulso de reloj provocará
un cambio en de estado en Q1. Cada dos cambios de estado en C
provocará un cambio en Q1 , y así sucesivamente.
 Son más lentos

16
Contadores síncronos o
paralelos
 Cada pulso de reloj actualiza todos los biestables al unísono
 Son más rápidos
 A continuación se presenta un contador síncrono bidireccional
(ascendente/descendente)

17
Contadores: visualización (I)
 Esta aplicación es un contador que permite visualizar la cuenta
mediante led’s

18
Contadores: visualización (II)
 Esta aplicación es un contador con un decodificador
BCD/7segmentos que permite visualizar la cuenta en decimal.

19
Contadores con final de cuenta
 Esta aplicación es un contador con final de cuenta.
Contador decimal.

20
Memorias
 Una memoria es cualquier dispositivo capaz de almacenar
información de forma permanente.
 Según el medio físico que se use como soporte y la tecnologia
con la que se implemente, los principales parámetros de una
memoria son:
 Capacidad de almacenamiento (medido en bytes)
 Volatilidad: capacidad de mantener la información ante un
fallo de alimentación
 Sistema de direccionamiento: manera de acceder a la
información
 Tiempos de lectura, escritura y acceso (media de los
anteriores)
 Velocidad de transferencia de datos (medida en bits/s)
 Consumo
 Tamaño , coste, …

21
Memorias: clasificación
Memorias
Según su
localización
memoria central RAM
memoria
periférica o de
masa
HDD, CD, DVD,
periféricos de
almacenamiento
Según su modo
de acceso
aleatorio RAM, EPROM,…
secuencial DAT,…
Según la
tecnología usada
Magnéticas
HDD, DAT, discos
flexibles
Semiconductoras
RAM, ROM,
EPROM, pendrive
Ópticas DVD, CD-ROM,…
Según su
volatilidad
Volátiles RAM
No volátiles EPROM, flash
Según su
versatilidad
De lectura y
escritura
RAM
Solo lectura ROM, EPROM,…

22
Memorias semiconductoras (I)
 La memoria RAM (Random Access Memory) es una memoria
volátil, de lectura y escritura y de gran capacidad. Pueden ser
estáticas (SRAM) o dinámicas (DRAM) si la información se
almacena en biestables o en capacidades parásitas. En un
ordenador, se utilizan para almacenar datos e instrucciones de
los programas a ejecutar.

23
Memorias semiconductoras (II)
 La memoria ROM (Read Only Memory) es una memoria no volátil,
solo de lectura y de baja capacidad. En un ordenador, se utilizan
para almacenar los parámetros y el programa de arranque. Suelen
estar programadas por el fabricante. Existen varios tipos:
 ROM (Read Only memory)
 PROM (Programmable ROM)
 RPROM (Reprogrammable ROM): se pueden borrar por
medios eléctricos EEPROM o mediante luz ultravioleta
(EPROM)

24
Memorias semiconductoras (III)
 La memoria FLASH es una memoria EEPROM cuyas velocidades
de grabado y borrado son mayores. Tambien es mayor su
capacidad de miniaturización.
 Se utilizan en pendrives, tarjetas de memoria y dispositivos
portátiles

25
Memorias periféricas (I)
 El disco duro es una superficie magnética
donde se graba información mediante un
cabezal de lectura/escritura que
interacciona con ella. Para ello se imantan
las partículas que forman la superficie.
 El disco duro es el lugar de almacenamiento
permanente de programas y datos en un
ordenador. El hecho de disponer de partes
móviles hace que las velocidades de acceso
no sean tan elevadas como en las memorias
semiconductoras
FUNCIONAMIENTO

26
Memorias periféricas (II)
 Cálculo de la capacidad de un disco duro
 ¿Qué capacidad de almacenamiento tendrá un disquete con
80 pistas por cara y 9 sectores de 512 Bytes por pista?
Capacidad = 240 Mb = 240 x 1.024 x 1.024 = 251.658.240 Bytes
Bytes
tores
platos
caras
Bytes
pistas
1024
sec
40
3
2
240
.
658
.
251




pistas = 1.024

27
Memorias periféricas (III)
 Los discos ópticos son dispositivos de
almacenamiento de información mediante
un haz láser de lectura/escritura que incide
sobre su superficie generando surcos
microscópicos.
 Almacenan mayores cantidades de
información y son más fiables al no verse
afectados por campos magnéticos que los
puedan borrar. Además son portables.
 Los discos ópticos son el lugar de
almacenamiento permanente de programas
y datos.
TIPOS Y TECNOLOGÍAS

28
Memorias periféricas (IV)
FUNCIONAMIENTO

Digitalización de la información (I)
La información analógica se puede transformar en digital?
29

Digitalización de la información (II)
DIGITALITZACIÓ
30

Digitalización de la información (III)
 Las señales analógicas se pueden transformar en
digitales siguiendo el siguiente proceso de
digitalización:
1.- Muestreo o sampling: tomar muestras de la
amplitud de la onda cada cierto tiempo (frecuencia
de muestreo)
2.-Cuantificación: dar valor entero a los datos del
muestreo (niveles de cuantificación)
3.-Codificación: traducir los resultados a código
binario (n bits para 2n niveles)
31

Digitalización de la información (IV)
Ejemplo
32

Arquitecturas de ordenadores (I)
33
 ORDENADOR es un aparato electrónico que realiza operaciones
matemáticas y lógicas con gran rapidez.
 Definición: Mecanismo automático que realiza un número
reducido de operaciones aritméticas y lógicas sin intervención
humana y a gran velocidad según unas instrucciones de
operación que recibe de un programa cargado en él previamente.

Arquitecturas de ordenadores (II)
34
 ARQUITECTURA DE UN ORDENADOR es la organización lógica
de todos los componentes hardware. Es decir, como se ordenan y
conectan todos los elementos físicos del ordenador. En función
de cuál sea la arquitectura, el funcionamiento del ordenador será
diferente y, por tanto, serán diferentes sus prestaciones.
. . .
bus dirección
bus control
bus datos
CPU
(microprocesador)
MEMORIA
UNIDADES DE E / S
P1 P2 P3 Pn

Arquitecturas de ordenadores (III)
35
 La CPU (Unidad Central de Proceso) es el lugar en que se hacen
los cálculos y se controla todo el funcionamiento del ordenador.
 La memoria es el lugar de almacenamiento temporal de datos y
del programa.
 Las unidades de entrada/salida conectan el ordenador con los
periféricos para entrar y sacar datos. La existencia de periféricos
de tanta variedad hace que las unidades de E/S tengan que ser
casi únicas para cada periférico. Con el fin de que sean lo más
universales posible se introducen los interfaces, que son
adaptadores (parte hardware -conectores, tarjetas- y parte
software –drivers-)
Algunas mejoras que han ido apareciendo con los años son, por
ejemplo, el acceso directo de disco a memoria (DMA) o una memoria
intermedia (caché).

Arquitecturas de ordenadores: la CPU (I)
36
 Físicamente es un chip llamado microprocesador. Es el cerebro
del ordenador, y según sea su potencia, así será la del ordenador
en su conjunto. Su función es la de realizar cálculos aritméticos y
lógicos y la de ir ejecutando secuencialmente las instrucciones
del programa almacenado en la memoria. Consta de dos partes:
 La Unidad de Proceso: Consta de la unidad aritmético-lógica
(ALU), encargada de los cálculos, y de una serie de registros
de almacenamiento de datos.
 La Unidad de Control: Consta de un secuenciador que indica
la instrucción a realizar en cada momento, un contador que es
el reloj que va marcando el ritmo de trabajo del micro, un
registro de instrucción (IP) que almacena la instrucción que
se está realizando, y un decodificador que interpreta la
instrucción que hay en el registro anterior para ejecutarla.

Arquitecturas de ordenadores: la CPU (II)
37
REGISTRO1
REGISTRO2
REGISTRO4
REGISTRO5
REGISTRO3 REGISTRO6
ALU
SECUENCIADOR
CONTADOR
DECODIFICADOR
R. ISTRUCCIÓN
MICROPROCESADOR

Arquitecturas de ordenadores: la CPU (III)
38

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