Circuitos Secuenciales y Flip Flops

Circuitos Secuenciales y Flip Flops

Jersson Barriga, Jean Carlo Játiva, Jeison Piña                                                                               Departamento de Eléctrica y Electrónica                                                                                                 Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE                                                                                        Sangolquí, Ecuador                                                                                                                                   {jfbarriga2, jcjativa, jpiña}@espe.edu.ec                  

Resumen— el presente trabajo muestra los conceptos fundamentales sobre lo que son los circuitos secuenciales, su definición, características, clasificación y diseño interno. Así mismo se profundiza en detallar que son los flip-flops, sus tipos, diseño interno, tabla característica, diferentes conversiones y sus aplicaciones; mediante el artículo se busca aportar y difundir conocimiento sobre los circuitos secuenciales.

Palabras clave— flip flop, FF, circuitos secuenciales, entrada, salida, reloj.

1. INTRODUCCIÓN

Marco teorico experimentacion y pruebas, analisis de resultados, aplicaciones, conclusiones

En los sistemas secuenciales la salida en el instante actual depende de los valores de las entradas en ese instante, así como de los valores que tuvieron en los instantes anteriores, esto se basa en circuitos que “recuerdan” o tienen memoria de las situaciones de interés por las que ha pasado el sistema. Estas situaciones se denominan estados.

Las características de los circuitos secuenciales son: señales de entrada y salida (señales binarias), señal de reloj (señal binaria con forma periódica) y almacenamiento (mantiene información sobre el estado actual).

A partir de lo que son los sistemas combinacionales se crean maquinas secuenciales, estas poseen unos conjuntos de entrada (I) y de salida (O); además posee un conjunto de estados internos (S, States) que recogen todas las situaciones por las que puede pasar la Máquina, como se aprecia en la figura 1.

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Figura 1. Modelo general de máquina secuencial [1]

En cada momento hay valores presentes (en I y en S) que marcan el estado total. De ese estado presente se deriva la salida presente (O) y el estado próximo (NS: Next State) de acuerdo con las siguientes funciones:

Cambio de estado, que depende del estado total: NS = NS (I, S)

Salida:

• Modelo de Mealy, depende del estado total: O = O(I, S)                    
• Modelo de Moore, depende del estado interno: O=O(S)

Los circuitos secuenciales se clasifican en:

Sistemas sincrónicos, en estos solo se observa el sistema durante el pulso de reloj, el reloj se encarga de cuando se modifica el estado. Sistemas asincrónicos, el sistema se encuentra permanentemente activo, si existe un cambio en alguna de las entradas del sistema este induce un transitorio que evoluciona hasta el siguiente estado.

Las celdas básicas son redes secuenciales elementales que poseen una única variable de salida, debido a lo cual tienen solo dos estados internos y reciben el nombre de biestables. Pueden ser de dos tipos diferentes (activadas en bajo o en alto) que dan lugar a otras tantas variables de sistemas secuenciales. Las celdas básicas se construyen a partir de compuertas lógicas, ya sea dos NAND o dos NOR.

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Figura 1.1. Construcción de una celda básica [1]

Esta celda básica es formada a partir de las compuertas lógicas NOR, esta se activa en alto, la otra celda básica es construida con compuertas NAND, ver figura 1.2.

[pic 3]

Figura 1.2. Construcción de una celda básica [1]

Esta se caracteriza por activarse en bajo.

 En los circuitos secuenciales existen diferentes tipos de elementos de memoria, entre esos:

El biestable es un circuito secuencial que se caracteriza por tener dos estados estables: almacena permanentemente un bit “0” y “1”. El estado es el contenido de la memoria, se mantiene indefinidamente en uno de los estados posibles. Ver figura 2.

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Figura 2. Circuito secuencial Biestable [2]

Las entradas o señales externas de excitación se encargan de que el biestable cambie de estado. Tienen dos salidas:  y , estas son las variables de estado (definen los estados internos) y las salidas dependen de las entradas y del estado anterior.[pic 5][pic 6]

Para empezar a detallar lo que son los flip-flops es necesario saber que es una señal de reloj, esta es una señal binaria, sirve para coordinar las acciones de varios circuitos, en especial para la sincronización de biestables en sistemas digitales complejos.

[pic 7]

Figura 3. Señal de reloj [4]

Los flip-flops son un elemento básico de una memoria que muta por un cambio momentáneo de sus entradas llamado (Trigger). Es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información.

La realimentación entre la circuitería combinacional y el elemento de memoria puede producir inestabilidad, haciendo que el flip-flop cambie varias veces durante la duración de un pulso de reloj por lo que el intervalo de tiempo desde la aplicación del pulso hasta que ocurre la transición de la salida es un factor crítico que requiere análisis.

Una manera de resolver este problema es hacer que los flip-flops sean sensitivos a la transición del pulso mas que a la duración. Hay dos maneras de hacerlo y que dan origen a dos tipos de flip flops: los flip flops maestro-esclavo y los flip flops disparados por flanco.

Los flip-flop maestro-esclavo se construyen con dos flip-flops, ver figura 4, uno sirve de maestro y otro de esclavo. Durante la subida del pulso de reloj se habilita el maestro y se deshabilita el esclavo. La información de entrada es transmitida hacia el FF maestro. Cuando el pulso baja nuevamente a cero se deshabilita el maestro lo cual evita que lo afecten las entradas externas y se habilita el esclavo. Entonces el esclavo pasa al estado del maestro.

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