1.3.1 FF ACTIVADOS POR FLANCO BIESTABLES DISPARADOS

1.3.1 FF ACTIVADOS POR FLANCO
BIESTABLES DISPARADOS POR FLANCOS O FLIP-FLOPS.
EN
MUCHAS
SITUACIONES
ES
NECESARIO
SINCRONIZAR
EL
FUNCIONAMIENTO DE MUCHOS CIRCUITOS DIFERENTES Y RESULTA DE
UTILIDAD PODER CONTROLAR EL MOMENTO EN EL QUE UN CIRCUITO
CAMBIARÁ DE ESTADO.
ALGUNOS BIESTABLES ESTÁN CONSTRUIDOS DE MANERA QUE SÓLO
CAMBIAN DE ESTADO ANTE LA APLICACIÓN DE UNA SEÑAL DE
DISPARO, EN CONCRETO ANTE EL FLANCO DE BAJADA O DE SUBIDA
DE
UNA
SEÑAL
DE
ENTRADA
LLAMADA
RELOJ
(CLK).
ESTOS
BIESTABLES RECIBEN EL NOMBRE DE BIESTABLES DISPARADOS POR
FLANCO, O MÁS COMÚNMENTE FLIP-FLOPS.
LOS
FLIP-FLOPS
SÍNCRONO
SON
SIGNIFICA
DISPOSITIVOS
QUE
LA
SÍNCRONOS.
SALIDA
CAMBIA
EL
TÉRMINO
DE
ESTADO
ÚNICAMENTE EN UN INSTANTE ESPECÍFICO DE UNA ENTRADA DE
DISPARO (RELOJ), ES DECIR, LOS CAMBIOS EN LA SALIDA SE
PRODUCEN
SINCRONIZADAMENTE
CON
EL
RELOJ.
PODEMOS
ENCONTRAR DOS TIPOS DE FLIP-FLOPS:
1. LOS QUE SON DISPARADOS POR EL FLANCO DE SUBIDA DE LA
SEÑAL DE RELOJ.
2. LOS QUE SON DISPARADOS POR EL FLANCO DE BAJADA DE LA
SEÑAL DE RELOJ. [ 6 ]
SEÑALES DE RELOJ (CLOCK) Y FF CONTROLADOS POR RELOJ
LOS CIRCUITOS DIGITALES SÍNCRONOS SON MÁS FÁCILES DE DISEÑAR
Y REPARAR, DEBIDO A QUE LOS CAMBIOS DE LAS SALIDAS SON
EVENTOS "ESPERADOS" (YA QUE FÁCILMENTE PODEMOS SABER EL
ESTADO DE CADA UNA DE LAS ENTRADAS O SALIDAS SIN QUE ESTAS
CAMBIEN
REPENTINAMENTE),
Y
LOS
CAMBIOS
DEPENDEN
DEL
CONTROL DE UNA SOLA SEÑAL APLICADA A TODOS LOS REGISTROS,
LA SEÑAL DE RELOJ.
LA SEÑAL DE RELOJ ES UNA ONDA CUADRADA O RECTANGULAR, LOS
REGISTROS QUE FUNCIONAN CON ESTA SEÑAL, SÓLO PUEDEN
CAMBIAR CUANDO LA SEÑAL DE RELOJ HACE UNA TRANSICIÓN,
TAMBIÉN LLAMADOS "FLANCOS", POR LO TANTO, LA SEÑAL DE RELOJ
SÓLO PUEDE HACER 2 TRANSICIONES (O FLANCOS):
LA TRANSICIÓN CON PENDIENTE POSITIVA (TPP) O FLANCO
POSITIVO
(FP).
ES CUANDO LA SEÑAL DE RELOJ CAMBIA DEL ESTADO BAJO AL
ESTADO ALTO.
LA TRANSICIÓN CON PENDIENTE NEGATIVA (TPN) O FLANCO
NEGATIVO
(FN).
ES CUANDO LA SEÑAL DE RELOJ CAMBIA DEL ESTADO ALTO AL
ESTADO BAJO.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS FF SINCRONIZADOS POR
RELOJ.
TODOS LOS FF CUENTAN CON UNA ENTRADA CON EL RÓTULO
(RELOJ, CLOCK, CLK, CP) Y UN DISTINTIVO CÍRCULO PARA SABER
COMO DEBE SER LA SEÑAL ACTIVA. LOS QUE NO TIENEN
CÍRCULO, SON SINCRONIZADOS POR UNA TPP, LOS QUE
CUENTAN CON UN CÍRCULO SON SINCRONIZADOS POR UNA TPN.
TODOS LOS FF CUENTAN CON ENTRADAS DE CONTROL, QUE
DETERMINAN EL CAMBIO QUE VAN A TENER LAS SALIDAS, AL
IGUAL
QUE
ENTRADAS
EN
NO
LOS
REGISTROS
PUEDEN
BÁSICOS,
MODIFICAR
PERO
LAS
ESTAS
SALIDAS
ARBITRARIAMENTE, SÓLO PODRÁN HACERLO CUANDO EL FF
RECIBA SU TRANSICIÓN ACTIVA.
RESUMIENDO, LAS ENTRADAS DE CONTROL DEL FF NOS PERMITEN
SABER CÓMO VAN A CAMBIAR LAS SALIDAS, PERO SÓLO LA SEÑAL DE
RELOJ PODRÁ HACER EFECTIVO ESTE CAMBIO. [ 9 ]
1.3.2. FF ACTIVADOS POR NIVEL (LATCH)
[ 15 ]
1.4.1 FF SR
ESTE ES EL FLIP - FLOP BÁSICO, SU SÍMBOLO ES EL SIGUIENTE:
FIGURA 1: SÍMBOLO LÓGICO DE UN FLIP-FLOP SR
EL FLIP-FLOP TIENE DOS ENTRADAS R (RESET) Y S (SET), SE
ENCUENTRAN A LA IZQUIERDA DEL SÍMBOLO. ESTE FLIP-FLOP TIENE
ACTIVAS LAS ENTRADAS EN EL NIVEL BAJO, LO CUAL SE INDICA POR
LOS CIRCULITOS DE LAS ENTRADAS R Y S. LOS FLIP-FLOP TIENEN DOS
SALIDAS COMPLEMENTARIAS, QUE SE DENOMINAN Q Y 1, LA SALIDA Q
ES LA SALIDA NORMAL Y 1 = 0.
EL FLIP-FLOP RS SE PUEDE CONSTRUIR A PARTIR DE PUERTAS
LÓGICAS.
A
CONTINUACIÓN
MOSTRAREMOS
UN
FLIP-FLOP
CONSTRUIDO A PARTIR DE DOS PUERTAS NAND, Y AL LADO VEREMOS
SU TABLA DE VERDAD CORRESPONDIENTE.
FIGURA 2: CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN FLIP-FLOP SR
ENTRADAS SALIDAS
MODO DE OPERACIÓN
R
S
Q
Q
PROHIBIDO
0
0
1
1
SET
0
1
1
0
RESET
1
0
0
1
MANTENIMIENTO
1
1
NO CAMBIA
TABLA 1: TABLA DE VERDAD DEL FLIP-FLOP SR
OBSERVAR LA REALIMENTACIÓN CARACTERÍSTICA DE UNA PUERTA
NAND A LA ENTRADA DE LA OTRA. EN LA TABLA DE LA VERDAD SE
DEFINE LA OPERACIÓN DEL FLIP-FLOP. PRIMERO ENCONTRAMOS EL
ESTADO "PROHIBIDO" EN DONDE AMBAS SALIDAS ESTÁN A 1, O NIVEL
ALTO.
LUEGO ENCONTRAMOS LA CONDICIÓN "SET" DEL FLIP-FLOP. AQUÍ UN
NIVEL BAJO, O CERO LÓGICO, ACTIVA LA ENTRADA DE SET(S). ESTA
PONE LA SALIDA NORMAL Q AL NIVEL ALTO, O 1. SEGUIDAMENTE
ENCONTRAMOS LA CONDICIÓN "RESET". EL NIVEL BAJO, O 0, ACTIVA LA
ENTRADA DE RESET, BORRANDO (O PONIENDO EN RESET) LA SALIDA
NORMAL Q.
LA CUARTA LÍNEA MUESTRA LA CONDICIÓN DE "INHABILITACIÓN" O
"MANTENIMIENTO", DEL FLIP-FLOP RS. LAS SALIDAS PERMANECEN
COMO ESTABAN ANTES DE QUE EXISTIESE ESTA CONDICIÓN, ES
DECIR, NO HAY CAMBIO EN LAS SALIDAS DE SUS ESTADOS
ANTERIORES. INDICAR LA SALIDA DE SET, SIGNIFICA PONER LA SALIDA
Q A 1, DE IGUAL FORMA, LA CONDICIÓN RESET PONE LA SALIDA Q A 0.
LA SALIDA COMPLEMENTARIA NOS MUESTRA LO OPUESTO. ESTOS
FLIP-FLOP
SE
PUEDEN
CONSEGUIR
A
TRAVÉS
DE
CIRCUITOS
INTEGRADOS. [ 16 ]
EL FLIP-FLOP SR
UN FLIP-FLOP ES UN DISPOSITIVO SECUENCIAL SÍNCRONO BIESTABLE.
EXISTEN VARIOS TIPOS DE FLIP-FLOPS DEPENDIENDO DE CUANDO
LEEN LAS ENTRADAS Y GENERAN LAS SALIDAS EN FUNCIÓN DE LAS
TRANSICIONES DE RELOJ. EN ESTE TEMA SÓLO VAMOS A ESTUDIAR
LOS FLIP-FLOPS DISPARADOS POR FLANCO POR SER LOS MÁS
SENCILLOS DE CONSTRUIR Y TAMBIÉN LOS MÁS UTILIZADOS.
LOS FLIP-FLOPS DISPARADOS POR FLANCO ACTÚAN CUANDO SE
PRODUCE UNA TRANSICIÓN DE RELOJ Y PUESTO QUE EXISTEN DOS
POSIBLES TRANSICIONES, EXISTEN DOS TIPOS DE FLIP-FLOPS: LOS
DISPARADOS
POR
FLANCOS
POSITIVOS
(CLK:
DISPARADOS POR FLANCOS NEGATIVOS (CLK:
)
Y
LOS
). AMBOS TIPOS
SON EQUIVALENTES, PERO NO ES CORRIENTE MEZCLARLOS EN LA
CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS SECUENCIALES.
FIGURE 2.5: ESTRUCTURA DE UN FLIPFLOP SR DISPARADO POR FLANCO
(POSITIVO).
FIGURE 2.6: SÍMBOLO LÓGICO DE
UN FLIP-FLIP SR DISPARADO POR
FLANCO POSITIVO.
TABLE 2.3: TABLA DE VERDAD DE UN FLIP-FLOP SR DISPARADO POR
FLANCO POSITIVO. ** SIGNIFICA: NUNCA 00.
CLK S R Q
0 0 Q
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 *
*
LA FIGURA 2.5 MUESTRA LA ESTRUCTURA INTERNA DE UN FLIP-FLOP
SR DISPARADO POR FLANCO. SE COMPONE DE UN DETECTOR DE
TRANSICIONES (POSITIVAS O NEGATIVAS) Y DE UN CERROJO SR CON
ENTRADA DE HABILITACIÓN. LA FIGURA 2.6 Y LA TABLA 2.3 MUESTRAN
EL SÍMBOLO LÓGICO ASOCIADO Y SU TABLA DE VERDAD. [ 17 ]
1.4.2 FF D
EL FLIP-FLOP TIPO D ES UN ELEMENTO DE MEMORIA QUE PUEDE
ALMACENAR INFORMACIÓN EN FORMA DE UN "1" O "0" LÓGICOS. ESTE
FLIP-FLOP TIENE UNA ENTRADA D Y DOS SALIDAS Q Y Q.
TAMBIÉN TIENE UNA ENTRADA DE RELOJ, QUE EN ESTE CASO, NOS
INDICA QUE ES UN FF DISPARADO POR EL BORDE O FLANCO
DESCENDENTE (VER EL TRIÁNGULO Y LA PEQUEÑA ESFERA EN LA
ENTRADA EN LOS DIAGRAMAS INFERIORES). SI SE DISPARARA POR EL
BORDE ASCENDENTE NO HABRÍA LA PEQUEÑA ESFERA.
EL FLIP-FLOP TIPO D ADICIONALMENTE TIENE DOS ENTRADAS
ASINCRÓNICAS QUE PERMITEN PONER A LA SALIDA Q DEL FLIP-FLOP,
UNA SALIDA DESEADA SIN IMPORTAR LA ENTRADA D Y EL ESTADO DEL
RELOL.
ESTAS ENTRADAS SON: PRESET (PONER) Y CLEAR (BORRAR). ES
IMPORTANTE NOTAR QUE ESTAS SON ENTRADAS ACTIVAS EN NIVEL
BAJO (VER LA BOLITA O BURBUJA EN LA ENTRADA)
SER ACTIVO EN NIVEL BAJO SIGNIFICA QUE:
- PARA PONER UN "1" EN LA SALIDA Q SE DEBE PONER UN "0" EN LA
ENTRADA PRESET
- PARA PONER UN "0" EN LA SALIDA Q SE DEBE PONER UN "0" EN LA
ENTRADA CLEAR [ 19 ]
FLIP-FLOP D
EL FLIP-FLOP D (DATOS) ES UNA LIGERA MODIFICACIÓN DEL FLIP-FLOP
SR. UN FLIP-FLOP SR SE CONVIERTE A UN FLIP-FLOP D INSERTANDO
UN INVERSOR ENTRE S Y R Y ASIGNANDO EL SÍMBOLO D A LA
ENTRADA
ÚNICA.
LA
ENTRADA
D
SE
MUESTRA
DURANTE
LA
OCURRENCIA DE UAN TRANSICIÓN DE RELOJ DE 0 A 1. SI D = 1, LA
SALIDA DEL FLIP-FLOP VA AL ESTADO 1, PERO SI D = 0, LA SALIDA DEL
FLIP-FLOP VA A EL ESTADO 0.
SU UNIDAD BÁSICA SE DIBUJA A CONTINUACIÓN QUE, COMO ACTÚA
POR "NIVELES" DE AMPLITUD (0-1) RECIBE EL NOMBRE DE FLIP-FLOP D
ACTIVADO POR NIVEL (FF-D-AN). CUANDO NO SE ESPECIFICA ESTE
DETALLE ES DEL TIPO FLIP-FLOP D MAESTRO-ESCLAVO (FF-D-ME)
COMÚNMENTE
DENOMINADO
TAMBIÉN
CERROJO
—LATCH.
SU
ECUACIÓN Y TABLA DE FUNCIONAMIENTO SON Q = D [ 20 ]
1.4.3 FF T
EL FLIP-FLOP T SE OBTIENE DEL TIPO JK CUANDO LAS ENTRADAS J Y K
SE
CONECTAN
PARA
PROPORCIONAR
UNA
ENTRADA
ÚNICA
DESIGNADA POR T. EL FLIP-FLOP T, POR LO TANTO, TIENE SÓLO DOS
CONDICIONES. CUANDO T = 0 ( J = K = 0) UNA TRANSICIÓN DE RELOJ
NO CAMBIA EL ESTADO DEL FLIP-FLOP. CUANDO T = 1 (J = K = 1) UNA
TRANSICIÓN DE RELOJ COMPLEMENTA EL ESTADO DEL FLIP-FLOP.
SU UNIDAD BÁSICA SE DIBUJA A CONTINUACIÓN QUE, COMO ACTÚA
POR "NIVELES" DE AMPLITUD (0-1) RECIBE EL NOMBRE DE FLIP-FLOP T
ACTIVADO POR NIVEL (FF-T-AN). CUANDO NO SE ESPECIFICA ESTE
DETALLE ES DEL TIPO FLIP-FLOP T MAESTRO-ESCLAVO (FF-T-ME). SU
ECUACIÓN Y TABLA DE FUNCIONAMIENTO SON
Q Q=T
A PARTIR DEL FF-RS-AN PUEDE DISEÑARSE ESTE FF-T-AN SIGUIENDO
LOS PASOS MOSTRADOS ANTERIORMENTE, PERO NO TIENE SENTIDO
YA QUE AL SER ACTIVADO POR NIVEL NO TIENE UTILIDAD. [ 20 ]
BIESTABLE T (TOGGLE)
SÍMBOLO NORMALIZADO: BIESTABLE T ACTIVO POR FLANCO DE
SUBIDA.
DISPOSITIVO DE ALMACENAMIENTO TEMPORAL DE DOS ESTADOS
(ALTO Y BAJO). EL BIESTABLE T CAMBIA DE ESTADO ("TOGGLE" EN
INGLÉS) CADA VEZ QUE LA ENTRADA DE SINCRONISMO O DE RELOJ SE
DISPARA MIENTRAS LA ENTRADA T ESTÁ A NIVEL ALTO. SI LA ENTRADA
T ESTÁ A NIVEL BAJO, EL BIESTABLE RETIENE EL NIVEL PREVIO. PUEDE
OBTENERSE AL UNIR LAS ENTRADAS DE CONTROL DE UN BIESTABLE
JK, UNIÓN QUE SE CORRESPONDE A LA ENTRADA T.
LA ECUACIÓN CARACTERÍSTICA DEL BIESTABLE T QUE DESCRIBE SU
COMPORTAMIENTO ES:
Y LA TABLA DE VERDAD: [ 9 ]
T Q QSIGUIENTE
0 0
0
0 1
1
1 0
1
1 1
0
1.4.4 FF JK
FLIP-FLOP JK
UN FLIP-FLOP JK ES UN REFINAMIENTO DEL FLIP-FLOP SR EN EL
SENTIDO QUE LA CONDICIÓN INDETERMINADA DEL TIPO SR SE DEFINE
EN EL TIPO JK. LAS ENTRADAS J Y K SE COMPORTAN COMO LAS
ENTRADAS
S
Y
R
PARA
INICIAR
Y
REINICIA
EL
FLIP-FLOP,
RESPECTIVAMENTE. CUANDO LAS ENTRADAS J Y K SON AMBAS
IGUALES A 1, UNA TRANSICIÓN DE RELOJ ALTERNA LAS SALIDAS DEL
FLIP-FLOP A SU ESTADO COMPLEMENTARIO.
SU UNIDAD BÁSICA SE DIBUJA A CONTINUACIÓN QUE, COMO ACTÚA
POR "NIVELES" DE AMPLITUD (0-1) RECIBE EL NOMBRE DE FLIP-FLOP JK
ACTIVADO POR NIVEL (FF-JK-AN). CUANDO NO SE ESPECIFICA ESTE
DETALLE ES DEL TIPO FLIP-FLOP JK MAESTRO-ESCLAVO (FF-JK-ME). SU
ECUACIÓN Y TABLA DE FUNCIONAMIENTO SON
Q = J Q* + K* Q
SE DA DETALLE DE SU CONFECCIÓN LÓGICA A PARTIR DEL FF-RS-AN.
Y SI SIMPLIFICAMOS POR EJEMPLO USANDO VEICH-KARNAUGH
R=KQ
S = J Q*
RESULTA EL CIRCUITO
[ 19 ]
1.4.5 ENTRADAS ASÍNCRONAS
ENTRADAS ASÍNCRONAS DE INICIALIZACIÓNN Y BORRADO.
LAS ENTRADAS DE LOS DIVERSOS FLIP-FLOPS, ES DECIR, R, S, J, K, D Y
T, SÓLO TIENEN EFECTO EN EL MOMENTO DE UNA TRANSICIÓN
APROPIADA DE LA SEÑAL DE RELOJ (CLK). POR TANTO, NOS
REFERIMOS A ESTAS ENTRADAS DE CONTROL COMO SÍNCRONAS,
PUES SU FUNCIONAMIENTO ESTÁ SINCRONIZADO CON LA ENTRADA DE
RELOJ.
EN MUCHAS APLICACIONES RESULTA ÚTIL PONER LA SALIDA DE UN
FLIP-FLOP
A
’0’
INDEPENDIENTEMENTE
O
A
DEL
‘1’
EN
RELOJ.
CUALQUIER
POR
TANTO,
MOMENTO,
ALGUNOS
DISPOSITIVOS TIENEN ENTRADAS ADICIONALES PARA EFECTUAR
ESTAS FUNCIONES. ESTAS RECIBEN EL NOMBRE DE ENTRADAS
ASÍNCRONAS PUES NO ESTÁN CONTROLADAS POR EL ESTADO DEL
RELOJ.
ENTRE ELLAS SE ENCUENTRAN LA ENTRADA PRESENT (PRE), QUE
CUANDO SE ACTIVE COLOCARÁ LA SALIDA A NIVEL ALTO (Q=’1’) Y LA
ENTRADA CLEAR (CLR) QUE CUANDO SE ACTIVE LLEVARÁ A LA SALIDA
A NIVEL BAJO(Q= ‘0’). COMO OCURRE CON EL RESTO DE ENTRADAS
ÉSTAS PUEDEN SER ACTIVAS A NIVEL ALTO O A NIVEL BAJO (LO
NORMAL). LAS ENTRADAS PRESET Y CLEAR PUEDEN ANULAR LAS
OTRAS ENTRADAS AL CIRCUITO. ES NECESARIO ASEGURARSE DE QUE
AMBAS
ENTRADAS
ASÍNCRONAS
NO
ESTÁN
ACTIVAS
SIMULTÁNEAMENTE.
EN LA FIGURA 3-17 SE MUESTRA EL CIRCUITO CORRESPONDIENTE A
LAS ENTRADAS ASÍNCRONAS DE PRESET Y CLEAR Y EL SÍMBOLO
LÓGICO, EN EL CASO DE UN FLIP-FLOP J-K.
[6]
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