Unidad III Introducción a la lógica secuencial

Transcripción

1 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. 1

2 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 = Y = Y cambia a "1" y causa que Q cambia a "1" 5 - Y cambia a "0" y 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. 2

3 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 Este Q se realimenta a la entrada de la compuerta A, y causa Que la salida Q pase a "1" Todo lo anterior se puede resumir en un tabla de verdad 3

4 Operación Entradas Salidas S R Q Q Memoria 0 0 Qo Qo Reset Set Prohibido 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. 4

5 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: Operación Entradas Salidas S R Q Q Prohibido Reset Set Memoria 1 1 Qo Qo Este circuito tiene una aplicación muy interesante: 5

6 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. 6

7 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 7

8 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 8

9 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 9

10 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 flipflop 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. 10

11 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 11

12 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: 12

13 Tabla de verdad para el FF JK anterior. Operación Preset Clear Entradas Reloj (CLK) Salidas 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 Qo Qo Reset Set Bascular 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 13 la columna "Reloj")