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Agenda EL - 337 Página 2 Introducción El biestable de flip flops de flip flops tipo D de flip flops tipo T de flip flops tipo S-R de flip flops tipo J-K de circuitos Conclusiones
Introducción EL - 337 Los circuitos combinacionales son buenos en situaciones donde se requiere la aplicación inmediata de una función Booleana bajo la presencia de alguna combinación de entradas. Existen otras ocasiones en que se quiere que el circuito cambie bajo consideraciones de las entradas y de su estado. Este circuito debe de recordar en que estado se encuentra. Los circuitos lógicos secuenciales nos permiten este tipo de funcionamiento. Página 3
Introducción EL - 337 Como su nombre lo indica, los circuitos lógicos secuenciales requieren de un medio por medio del cual los eventos pueden secuenciarse. Los cambios de estado del circuito se controlan por medio de una señal de reloj. Un reloj es un circuito especial que envía pulsos eléctricos a través del circuito. Los relojes producen señales como la que se muestra. Página 4
Introducción Los cambios de estado ocurren en los circuitos secuenciales solo en los pulsos de reloj. Los circuitos pueden cambiar en el borde creciente (rising edge), en el decreciente (falling edge) o cuando el pulso de reloj alcanza su máximo voltaje. EL - 337 Página 5
Introducción Los circuitos que cambian su estado en el borde creciente o decreciente se llaman disparados por borde (edge-triggered). Los circuitos disparados por nivel (Leveltriggered) cambian su estado cuando la señal de reloj alcanza su máximo o mínimo valor de voltaje. EL - 337 Página 6
Introducción Para mantener su estado es necesario que el circuito sea realimentado. La realimentación en los circuitos digitales ocurre cuando la salida presente del circuito es una función del estado anterior y de las entradas presentes. EL - 337 Página 7
Elementos de memoria EL - 337 Los elementos lógicos que dependen del tiempo para su operación y que pueden o no contener lazos de realimentación en su circuito básico reciben el nombre de elementos de memoria. Los circuitos de memoria se caracterizan por su capacidad de adoptar dos estados diferentes y ser por lo tanto capaces de almacenar un bit de información. Página 8
EL - 337 El biestable (Celda Binaria) Se utiliza para realizar muchos tipos de memoria. Consiste de un circuito con dos compuertas con entradas realimentadas. Su comportamiento deja de ser combinacional La salida dependerá no solo del estado de las entradas sino que también del estado interno de la celda. Página 9
El biestable (Celda Binaria) EL - 337 Página Este biestable se activa con la señal Po= y se desactiva con la señal Co= La combinación PoCo=() está prohibida Po= Preestablecer (Poner) (SET) Co= Limpiar, Borrar (RESET)
Funcionamiento Una señal de comando en el terminal Po de un biestable causa una salida QQ=(,) y nuevos comandos en ese mismo terminal no tienen efecto. EL - 337 Página
Funcionamiento Simultáneamente, un comando en el terminal Co limpiar, causa una salida QQ=(,), y nuevos comandos en el mismo terminal no tienen efecto. Los comandos Po=, Co= no pueden aplicarse simultáneamente. EL - 337 Página 2
Análisis de comportamiento Estados iniciales del sistema CPQQ PARTE A estados subsiguientes. La compuerta actúa de primero C + P + Q + Q + () () () () () () () () () () PARTE B estados subsiguientes. La compuerta 2 actúa de primero C + P + Q + Q + () () () () () () () () () () Comentario Condición prohibida Condición prohibida Condición prohibida Condición prohibida SE BORRA SE BORRA SE BORRA SE BORRA SE PONE SE PONE () () SE PONE EL - 337 () () () () SE PONE PERMANECE () () () () PERMANECE PERMANECE Página 3 () () PERMANECE
Simplificación Utilizando mapas K, se pueden obtener las funciones para las salidas en un tiempo después. EL - 337 Página 4
MAPA PARA Q + X X X X X X EL - 337 X X Página 5 Q + ( C, P, Q, Q ) = P + CQ
MAPA PARA Q + X X X X X X EL - 337 X X Página 6 Q ( C, P, Q, Q ) = C + + PQ
TABLA DE VERDAD EL - 337 ENTRADAS C P Q PROHIBIDO SE MANTIENE SALIDAS Q PROHIBIDO SE MANTIENE Página 7
FLIP FLIPS EL - 337 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. http://es.wikipedia.org/wiki/biestable Página 8
DISEÑO DE FLIP FLOPS Para el diseño de Flip Flops se utiliza el concepto de un decodificador para el manejo de la celda binaria. El diseño de cualquier flip flop se puede reducir a la utilización de una celda binaria para memorizar un estado y un decodificador que permita manejar sus los estados de las entradas. EL - 337 Página 9
DISEÑO DE FLIP FLOPS Entradas de control del FF Señal de reloj D E C O D I D F I C A D O R SET RESET Q Q EL - 337 Página 2
TIPOS DE FLIP FLOPS EL - 337 De acuerdo al decodificador que maneja las entradas del biestable, los flip flops se agrupan en: Tipo D (latch) Tipo T (Toggle) Tipo S-R Tipo J-K Página 2
de un Flip Flop Tipo D EL - 337 Página 22 Se caracteriza porque solo posee una única entrada de datos y una entrada de reloj y ofrece dos salidas Q y Q. Los cambios siempre se realizan si solo si se detecta un pulso de reloj ya sea por su borde positivo o el negativo. Se utilizan para implementar registros donde se almacenan temporalmente datos
DISEÑO DE UN FLIP FLOP TIPO D EL - 337 Página 23
EL - 337 Página 24 COMPORTAMIENTO DE UN FLIP FLOP TIPO D CLK ENTRADAS D Q n Q n+ SET X SALIDAS RESET X
SIMPLIFICACION SET D Q N RESET D Q N EL - 337 Página 25 SET = D * CLK RESET = D * CLK
DECODIFICADOR PARA IMPLEMENTAR UN FLIP FLOP TIPO D EL - 337 Página 26
HOJA DE DATOS EL - 337 Página 27
DISEÑO DE UN FLIP FLOP TIPO T EL - 337 Página 28
EL - 337 Página 29 COMPORTAMIENTO DE UN FLIP FLOP TIPO T CLK ENTRADAS T Q n Q n+ X SALIDAS SET RESET X
SIMPLIFICACION SET T X Q N RESET T X Q N EL - 337 Página 3 SET = T * Q N * CLK RESET = T * Q N * CLK
DECODIFICADOR PARA UN FLIP FLOP TIPO T EL - 337 Página 3
HOJA DE DATOS No hay flip flops comerciales del tipo T ya que estos se pueden implementar utilizando J-K. EL - 337 Página 32
DISEÑO DE UN FLIP FLOP TIPO S-R EL - 337 Página 33
EL - 337 Página 34 COMPORTAMENTIO DE UN FLIP FLOP TIPO S-R ENTRADAS CLK S R Q N Q N+ X X X X X X SALIDAS SET RESET X
SIMPLIFICACIÓN S X X SET X R X X RESET 3 2 3 2 4 5 7 6 4 5 7 6 Q N S X Q N R X EL - 337 Página 35 SET = S * CLK RESET = R * CLK
DECODIFICADOR PARA UN FLIP FLOP TIPO S-R EL - 337 Página 36
HOJA DE DATOS EL - 337 Página 37
DISEÑO DE UN FLIP FLOP J-K EL - 337 Página 38
EL - 337 Página 39 COMPORTAMIENTO DE UN FLIP FLOP TIPO J-K ENTRADAS CLK J K Q N Q N+ X X X SALIDAS SET RESET X
SIMPLIFICACIÓN S X X SET R X RESET 3 2 3 2 4 5 7 6 Q N S Q N R X 4 5 7 6 EL - 337 Página 4 SET = J * Q N * CLK RESET = K * Q N * CLK
DECODIFICADOR DE UN FLIP FLOP TIPO J-K EL - 337 Página 4
HOJA DE DATOS EL - 337 Página 42
Latches vs. Flip-flops EL - 337 Latches: las salidas cambian cuando hay cambios en las entradas Unclocked latch: R-S latch Flip-flops: las salidas cambian solo respecto a una transición de reloj (no transparente) Trailing-edge triggered (disparo por borde negativo): el reloj pasa de Leading-edge triggered (disparo por borde positivo): el reloj pasa de Página 43
de circuitos EL - 337 Hemos visto los circuitos digitales desde dos puntos de vista: análisis digital y síntesis digital. Análisis digital: explora la relación entre las entradas del circuito y sus salidas. Síntesis digital: crea diagramas lógicos utilizando los valores especificados en las tablas de verdad. Los diseñadores de sistemas digitales también deben tener en mente el comportamiento físico de los circuitos donde incluyan tiempos de propagación que ocurren desde el momento en que se energiza el circuito hasta que la salida se estabiliza. Página 44
Diseñando circuitos EL - 337 Los diseñadores digitales tienen relación con los programas computacionales para crear circuitos eficientes. Los programas son fundamentales para la construcción de un mejor hardware. Por supuesto, los programas son en realidad una colección de algoritmos que son implementados en hardware. Esto apunta al principio de equivalencia entre el hardware y el software. Página 45
EL - 337 Diseñando circuitos Cuando necesitamos implementar un algoritmo y su velocidad de ejecución debe ser lo menor posible, se prefiere una solución por hardware. Esta es la idea en los sistemas empotrados (embedded systems), los cuales son pequeños computadores de aplicación específica. Los sistemas empotrados requieren de una programación especial que demanda un conocimiento de operación de los circuitos digitales. Página 46
Conclusión EL - 337 Los computadores son implementaciones de lógica Booleana. Las funciones Booleanas se describen completamente por medio de tablas de verdad. Las compuertas lógicas son pequeños circuitos eléctricos que implementan operadores lógicos. Los computadores consisten de circuitos lógicos combinacionales y secuenciales Los circuitos combinacionales producen salidas inmediatamente después de que sus entradas cambian. Los circuitos secuenciales requieren de las señal de reloj para producir cambios en las salidas Los circuitos secuenciales básicos son los flip flops. El comportamiento de los circuitos secuenciales puede ser expresado utilizando tablas de comportamiento. Página 47