Iniciamos los Sistemas Secuenciales de Electrónica Digital.
Hoy veremos someramente los Circuitos conocidos como Flip-Flop's.
Al igual que los sistemas combinacionales, seguimos usando las “simples” puertas lógicas, para crear elementos más complejos, llamados sistemas secuenciales, en los que la salida del sistema va a depender del valor de las entradas en ese instante de tiempo y del estado del sistema; es decir, de Ia historia pasada del sistema. Por tanto son sistemas con memoria.
FLIP-FLOP.
Este es el nombre común que se le da a los dispositivos de dos estados (biestables), “Flip flop” que sirven como memoria básica temporal para las operaciones de lógica secuencial. Los Flip-flops son ampliamente usados para el almacenamiento y transferencia de datos digitales y se usan normalmente en unidades llamadas “registros”, para el almacenamiento de datos numéricos binarios. También se les denomina “Latch” (Del inglés, Cerrojo).
Sus características principales son:
- Asumen solamente uno de dos posibles estados de salida.
- Tienen un par de salidas que son complemento una de la otra.
- Tienen una o más entradas que pueden causar que el estado del Flip-Flop cambie.
Los Flip-flops se pueden clasificar en dos tipos básicos:
Asíncronos: Sólo tienen entradas de control. El más empleado es el Flip-flop RS.
Síncronos: Además de las entradas de control, necesita un entrada sincronismo o de reloj.
FLIP-FLOP R-S (Set-Reset).
Este tipo utiliza dos compuertas NOR. S y R son las entradas, mientras que Q y Q’ son las salidas (Q es generalmente la salida que se busca manipular.)
La conexión cruzada de la salida de cada compuerta a la entrada de la otra construye el lazo de reglamentación imprescindible en todo dispositivo de memoria.
Para comprender mejor el funcionamiento de un Flip flop vemos su tabla de verdad. Podemos comprobar que si no se activa ninguna de las entradas, el Flip flop permanece en el último estado en el cual se encontraba:
Un ejemplo de aplicación de un Flip-Flop R-S, consiste en la eliminación del “rebote” producido por los contactos de un interruptor mecánico.
FLIP-FLOP T (Set-Reset).
El Flip-flop T o "toggle" (conmutación) cambia la salida con cada ciclo completo de reloj (“clock”), dando una salida que tiene la mitad de la frecuencia de la señal de entrada en T. Es de utilidad en la construcción de contadores binarios, divisores de frecuencia, y dispositivos de sumas binarias en general.
El Flip-flop T, es una variante de uno tipo R-S, complementado con una entrada reloj.
La
siguiente tabla muestra el comportamiento del Flip-Flop T.
FLIP-FLOP J-K (Jump-Keep).
El flip-flop J-K es una mezcla entre el flip-flop S-R y el flip-flop T. Es el más versátil de los Flip-flops básicos.
Tiene el carácter de seguimiento de entrada del flip-flop D sincronizado, pero tiene dos entradas, denominadas tradicionalmente J y K. Si J y K son diferentes, la salida Q toma el valor de J durante la subida del siguiente pulso de sincronismo. Si J y K son ambos low (bajo), entonces no se produce cambio alguno. Si J y K son ambos high (alto), entonces en la siguiente subida de clock la salida cambiará de estado.
En una transferencia de datos síncrona entre dos flip-flops J-K, una señal de transferencia en la entrada del reloj (“clock” o Clk), provoca que el estado de la celda A se transfiera a la celda B. La señal de transferencia se puede aplicar a varias de tales celdas en serie, creando así un "registro de desplazamiento" (shift register), que veremos más adelante.
Otra de las posibles aplicaciones de este circuito es su uso como divisor de frecuencia:
FLIP-FLOP D (Delay).
El flip-flop D es uno de los Flip-Flop más sencillos. Su función es dejar pasar lo que entra por D, a la salida Q, después de un pulso del reloj.
El "flip-flop" tipo D, sigue a la entrada, haciendo transiciones que coinciden con las de la entrada. El término "D", significa dato; este "flip-flop" almacena el valor que está en la línea de datos. Se puede considerar como una celda básica de memoria. La siguiente tabla muestra el comportamiento del flip flop D.
El flip-flop D intenta seguir a la entrada D, pero no puede hacer la transición requerida a menos que esté habilitado por el reloj ("clock" o pulso de sincronismo). Nótese que si el “clock” está bajo (low”) cuando ocurre una transición en D, la transición correspondiente en Q, ocurre a la siguiente transición alta del “clock”.
En este ejemplo, se usan para almacenar de forma simultanea los 4 bits I, con el flanco positivo del reloj (CLK).
ENTRADAS CLEAR Y PRESET.
UCuando se están utilizando Flip-flops en la construcción de circuitos, es necesario poder controlar el momento en el que empieza a funcionar y el valor con el que inicia su secuencia. Para esto, los flip-flops cuentan con dos entradas que le permiten al diseñador seleccionar los valores iniciales del FF y el momento en el que empieza a funcionar. Estas entradas son llamadas en Inglés: Clear y Preset.
Clear – inicializa Q en cero sin importar entradas o reloj
Preset – inicializa Q en 1 sin importar entradas o reloj
Para ambas entradas, si reciben el valor de:
0: inicializan el Flip-flop en el valor correspondiente.
1: el Flip-flop opera normalmente
La siguiente figura muestra un FF J-K con entradas de inicialización. Note que tanto la entrada Clear, como la entrada Preset, tienen un círculo. Esto significa que están invertidas, por lo que la entrada funciona con un 0
.
A partir de este tipo, se puede aumentar la complejidad, a la par que aumenta la precisión. Para ello exixten sistemas de “Carry Look Ahead”, “VHDL Carry Look Ahead”, “Carry Select”, etc. En el Mercado, por ejemplo existen circuitos integrados que realizan las sumas, como el 7483, sumador de 4bits, con estructura de “Carry Look Ahead”, o el 74283 con “Fast Carry”.
En la próxima publicación, veremos la aplicación como Registros de Desplazamiento, de los sistemas Secuenciales.
Y aquí tienes la lista de publicaciones anteriores, por si os perdisteis alguna:
Electrónica Básica, Conceptos Básicos (I)
Electrónica Básica, Circuitos Básicos (II)
Electrónica Básica, Resistencias (III)
Electrónica Básica, Condensadores (IV)
Electrónica Básica, Inductores (V)
Electrónica Básica, Diodos (VI)
Electrónica Básica, Transistores (VII)
Electrónica Básica, Circuitos Integrados (VIII)
Electrónica Básica, Amplificador Operacional (IX)
Electrónica Básica, Amplificadores de Audio (X)
Electrónica Básica, Temporizador 555 (XI)
Electrónica Básica, Conmutadores (XII)
Electrónica Básica, Comparadores (XIII)
Electrónica Básica, Electrónica Digital (XIV)
Electrónica Básica, Puertas Lógicas (XV)
Electrónica Básica, Funciones Lógicas (XVI)
Y aquí tienes la lista de publicaciones anteriores, por si os perdisteis alguna:
Electrónica Básica, Conceptos Básicos (I)
Electrónica Básica, Circuitos Básicos (II)
Electrónica Básica, Resistencias (III)
Electrónica Básica, Condensadores (IV)
Electrónica Básica, Inductores (V)
Electrónica Básica, Diodos (VI)
Electrónica Básica, Transistores (VII)
Electrónica Básica, Circuitos Integrados (VIII)
Electrónica Básica, Amplificador Operacional (IX)
Electrónica Básica, Amplificadores de Audio (X)
Electrónica Básica, Temporizador 555 (XI)
Electrónica Básica, Conmutadores (XII)
Electrónica Básica, Comparadores (XIII)
Electrónica Básica, Electrónica Digital (XIV)
Electrónica Básica, Puertas Lógicas (XV)
Electrónica Básica, Funciones Lógicas (XVI)
Electrónica Básica, Circuitos Aritméticos (XXIII)
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© Se permite reproducción total o parcial de este contenido, siempre y cuando se reconozca la fuente de información utilizada y se incluya el enlace a este artículo.
Equipo Xanur©2022.
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