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Unidad III

Introducción a la lógica secuencial

Qué es un FLIP-FLOP.

Es un biestable, también llamado báscula (flip-flop en inglés), es

un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado

o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta característica

es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar

información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus

entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables

se dividen en:

Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es

el biestable RS.

Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada

de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de

la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario

asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas

prevalecen sobre las síncronas.

La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o

bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los

biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y

dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.

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¿Qué es Realimentación?

Para poder entender bien el funcionamiento de un Flip-Flop

(basculador), hay que tener bien claro el concepto de

realimentación. Cuando una salida es conectada a una

entrada del mismo circuito se dice que hay realimentación.

Esta acción de realimentar una salida hacia la entrada

causa en muchos casos un efecto de memoria (hay la

capacidad de almacenar información). Ver la figura:

Datos de inicio:

- X = Q (la entrada X está conectada a la salida Q y no está

disponible para ser modificada)

- Y = entrada disponible y esta puesta a "0" (nivel bajo), se

puede modificar.

Secuencia:

1 - Q = 0 entonces X = 0

2 - Y = 0

3 - Y cambia a "1" y causa que...

4 - Q cambia a "1"

5 - Y cambia a "0" y ......

6 - Q se queda e "1" (No cambia a "0", hay el efecto

memoria) ...

y se debe a que Q, que es "1", se realimenta a la entrada X

causando que ésta se mantenga en "1" (Un "1" en cualquier

entrada causa un "1" a la salida en una compuerta "OR")

En otras palabras, este circuito recuerda que la entrada Y fue

"1". Esta situación se mantendrá así, hasta que se le quite la

alimentación.

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El FLIP FLOP (basculador) RS o enclavador RS

implementado con compuertas NOR.

Este circuito se compone de dos compuertas NOR

conectadas como se muestra en la figura, (ver las

realimentaciones) y se llama RS porque sus entradas tiene los

nombres SET (poner un "1" en la salida Q) y RESET (reponer o

poner a "0" la salida Q)

Funcionamiento (ver que son compuertas NOR)

Caso SET

1 - Se pone S = "1" y R = "0"

2 - En la compuerta A, con S = "1" La salida Q = "0"

3 - Q se realimenta a la entrada de la compuerta B, Q = "0"

entonces la entrada también es "0"

4 - Las dos entradas de la compuerta B están en nivel bajo, lo

que causa que la salida Q pase a "1"

5 - La salida Q se realimenta a la entrada de la compuerta A, y…

6 - Las dos entradas de la compuerta Y están en "1", lo que

causa que la salida Q permanezca en "0"

Caso Reset

1 - Las entradas cambian S pase de "1" a "0" y R = pasa de "0" a

"1"

2 - Con R = 1, Q en la compuerta B pasa a "0", y .....

3 - Este Q se realimenta a la entrada de la compuerta A, y causa

....

4 - Que la salida Q pase a "1"

Todo lo anterior se puede resumir en un tabla de verdad

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OperaciónEntradas Salidas

S R Q Q’

Memoria 0 0 Qo Qo ’

Reset 0 1 0 1

Set 1 0 1 0

Prohibido 1 1 0 0

De la tabla se observa se ve que las operaciones Reset y Set

ponen en la salida Q los valores "0" y "1" respectivamente. La

operación Memoria mantiene el valor anterior que había en Q

(Qo). Y la operación Prohibido, como su nombre lo indica es una

combinación que debe evitarse en el flip Flop RS.

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El basculador RS o enclavador RS implementado con

compuertas NAND.

Circuito eliminador de rebote.

De la misma manera que se implementó un flip flop RS con

compuertas NOR, también se puede hacer lo mismo con

compuertas NAND.

El flip flop RS está implementado con compuertas NAND, ver que

las entradas son S y R

El análisis del funcionamiento de este flip flop es similar a la del

flip flop RS con compuertas NOR

Tabla de verdad del flip flop RS implementado con compuertas

NAND:

OperaciónEntradas Salidas

S R Q Q’

Prohibido 0 0 1 1

Reset 0 1 0 1

Set 1 0 1 0

Memoria 1 1 Qo Qo’

Este circuito tiene una aplicación muy interesante:

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Circuito eliminador de rebote.

Cuando se implementa un conmutador con el

propósito de alimentar un circuito, ya sea con un nivel bajo "0 V."

o un nivel alto "5 V. Es muy difícil lograr que esta señal de

entrada sea perfecta. Esto debido a que el conmutador es un

elemento mecánico , que a la hora de cerrar produce rebotes.

Estos rebotes serían similares a los de una pelota que se deja

caer y al final se detiene. En un conmutador este fenómeno no es

evidente pero si ocurre.

Salida ideal y salida real de un conmutador

Circuito eliminador de rebote

Esta situación podría ser no deseable para el circuito que recibe

la señal. Con el siguiente circuito se elimina el problema. La

señal se aplica a la entrada A y la salida se obtiene en la salida

Q. Si se aplica la señal a B la salida estará en Q.

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Identificar las características de los diferentes Flip-Flops

Enclavador D

Flip-flop D elemental, síncrono y asíncrono, señal de

reloj, diagrama temporal

Si se sabe como funciona el enclavador RS, se lo puede

representar de manera que sólo las entradas y salidas

estén disponibles (S, R, Q y Q).

El pequeño circulo que se pone en algunas entradas, junto

a las letras "S" o "R", significa que esa entrada es activa

en bajo (0 lógico). Ver el diagrama abajo a la izquierda.

Si no tiene el circulo la entrada es activa en alto.(1 lógico).

Ver diagrama abajo a la derecha.

El enclavador tipo D implementado con FF RS

Un FF tipo D sólo tiene una entrada,

pero mantiene las mismas salidas que el FF tipo RS. Con un

FF RS se puede implementar un FF tipo D si se coloca entre

las dos entradas R y S un inversor como se muestra

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Flip-flop asincrónicos o asíncronos

Los enclavadores RS varían sus salidas dependiendo del

momento en que las entradas y salidas previas cambian. En

estos circuitos no existe una señal de sincronía que establezca

un momento en todos los cambios sucedan.

Flip-flop sincrónicos o síncronos

Son otro tipo de FF, que utilizan una señal especial (llamada

señal de reloj). Esta señal establece el ritmo con el cual las

señales se transmiten en el FF y entre FFs. El circuito de reloj

mas simple es un oscilador de onda cuadrada.

En el caso del enclavador tipo D anterior, se

necesita que la señal de reloj este en un nivel alto para que la

señal que están en la entrada D pase a la salida Q

Del siguiente diagrama temporal se puede ver claramente que la

entrada "D" (color marrón) pasa a la salida Q (color azul) sólo

cuando el nivel del reloj (color naranja) está en nivel alto. Si el

nivel del reloj está en nivel bajo, la salida se mantiene en el

estado en el que estaba antes de que el reloj pasara a nivel bajo.

La salida Q (color verde) tiene el nivel opuesto a la salida Q

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Del siguiente diagrama temporal se puede ver claramente que la

entrada "D" (color marrón) pasa a la salida Q (color azul) sólo

cuando el nivel del reloj (color naranja) está en nivel alto. Si el

nivel del reloj está en nivel bajo, la salida se mantiene en el

estado en el que estaba antes de que el reloj pasara a nivel bajo.

La salida Q (color verde) tiene el nivel opuesto a la salida Q

‘

Nota:

- Bascular = cambiar de estado

- FF = flip flop = flip-flop

- asíncrono = asincrónico

- síncrono = sincrónico

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FF JK, (universal), tipo D, Tipo T (entradas y salidas)

El flip-flop JK es también llamado "flip-flop universal" debido a

que con él, se pueden implementar otros tipos de flip-flop, como

el FF tipo "D" o el FF tipo "T".

En el siguiente diagrama se presenta la representación de un flip-

flop tipo JK y las conexiones adicionales que hay que hacer para

poder implementar un flip-flop tipo D y un flip-flop tipo T

FF JK FF tipo D FF tipo T

Este FF a parte de las entradas J y K y las salidas Q y Q,

también tiene una entrada para la señal de reloj (CLK). (Esto

significa que es sincrónico). La entrada de reloj del FF se

comporta de diferente manera dependiendo de las características

del FF.

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Si el FF tiene una entrada de reloj que se dispara por nivel, tiene

el siguiente diagrama

Si el FF tiene una entrada de reloj que se dispara por el flanco

anterior o ascendente, tiene el siguiente diagrama

Si el FF tiene una entrada de reloj que se dispara por el flanco

posterior o descendente, tiene el siguiente diagrama

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También existen dos entradas adicionales muy importantes: La

entrada PRESET (poner), que sirve para poner directamente en

el FF un "1" en la salida Q y la entrada CLEAR (borrar), que sirve

para poner en "0" en la salida Q. Estas entradas son

asincrónicas, lo que significa que tendrán efecto sin importar el

estado del reloj y/o las entradas J y K. Es importante no activar

simultáneamente estas dos entradas.

Importante: Los FF pueden "TENER o NO" una pequeña burbuja

(esfera, bolita) en las entradas PRESET o CLEAR.

- Cuando NO la tienen significa que la señal es activa cuando

está en nivel ALTO.

- Cuando SI la tienen significa que la señal es activa cuando está

en nivel BAJO.

El diagrama completo del flip-flop JK será entonces:

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Tabla de verdad para el FF JK anterior.

Operación

Entradas Salidas

Preset ClearReloj (CLK)

J K Q Q’

Prohibido 0 0 X X X 1* 1*

Preset 0 1 X X X 1 0

Clear 1 0 X X X 0 1

Memorizar 1 1 0 0 Qo Qo’

Reset 1 1 0 1 0 1

Set 1 1 1 0 1 0

Bascular 1 1 1 1 Qo Qo’

De la tabla de verdad anterior se puede ver que las entradas

CLEAR (CLR) y PRESET son activas en bajo (ver la pequeña

esfera en estas entradas) y se imponen en la salida Q sin

importar el estado del reloj y de las entradas J y K. (ver las

entradas J, K y el reloj con una X)

Para que las entradas J y K y el reloj sean funcionales, las

entradas Clear y Preset deben de estar en nivel "alto" (no

activas), entonces:

- Memorizar: Con J = 0 y K = 0, hay un estado de memoria o

retención (mantiene la salida que tenía antes de que las

entradas hayan cambiado).

- Reset: Con J = 0 y K = 1, se pode en Q un "0" y en Q un "1".

- Set: Con J = 1 y K = 0, se pode en Q un "1" y en Q un "0".

- Bascular: Con J = 1 y K = 1, el FF bascula pasando de un

nivel a otro ("0" a "1" o "1" a "0").

Lo anterior sólo tiene efecto en el momento en que el pulso de

reloj está en el flanco descendente o posterior (ver la flecha en

la columna "Reloj")