Circuitos secuenciales

1

Práctica 2 - Introducción a los circuitos secuenciales
Resumen—Se presentan fundamentos teóricos que permitan la implementación de un circuito contador, utilizando flip-flops. Palabras Claves—Latches, Flip-flops

I. I NTRODUCCIÓN Las principales caraterísticas de los circuitos secuenciales respecto a los combinacionales son primero, su capacidad de almacenar datos binarios (memoría), ysegundo que sus respuestas no son funciones exclusivas de las entradas en un tiempo determinado, sino que son funciones de las entradas, y del estado presente en los elementos de memoria [1], que en su forma más simple son latches.

S 0 1 1 1 0

R 1 1 0 1 0

Q 1 1 0 0 1

¯ Q 0 0 1 1 1

Indefindo

Tabla I TABLA DE FUNCIONAMIENTO DEL LATCH NOR.

S 1 0 0 0 1

R 0 0 1 0 1

Q 1 1 0 0 0

¯Q 0 0 1 1 0

Indefinido

Tabla II TABLA DE FUNCIONAMIENTO DEL LATCH NAND.

(a) Circuito secuencial: las salidas son funciones de las entradas exclusivamente.

de latches implementados con compuertas lógicas se muestran en la figura 2; las tablas I y II definen el comportamiento de los mismos. Para efectos prácticos sin embargo, resulta más conveniente un dispositivo en que los cambios deestado puedan ser habilitados mediante una señal de control. Esta característica de asincronía en los latches de la figura 2 determina que sean utilizados con poca frecuencia para aplicaciones reales.

(b) Circuito secuencial (asíncrono): las salidas son función de las entradas, y del estado presente. Figura 1. Comparación: circuitos combinacional y secuencial.

Estructuralmente, la principaldiferencia entre los circuitos combinacionales y los secuenciales es la presencia en los segundos de lazos de realimentación, que permiten llevar registro de estados actuales y de las salidas del sistema (ver figura 1(b)).
Figura 3. Diagrama esquemático del latch SR.

(a) Latch NAND Figura 2. Latches básicos con compuertas lógicas.

(b) Latch NOR

C 0 1 1 1 1

S X 0 0 1 1

R X 0 1 0 1Estado siguiente de Q No hay cambio No hay cambio Q = 0; Estado RESET Q = 1; Estado SET Indefinido

Tabla III TABLA DE FUNCIONAMIENTO DEL LATCH TIPO SR CON HABILITACIÓN (C).

II. M ARCO A. latches

TEÓRICO

Los latches (cerrojos o “seguros”) poseen las características básicas de los circuitos secuenciales, esto es, la capacidad de memoria y su dependencia con el estado anterior. Las formaselementales

Un diseño más elaborado del latch NAND se presenta en la figura 3, en la que una entrada de habilitación controla que los cambios de estado del lacth estén sujetos a un estado lógico alto en dicha entrada. Esta configuración recibe el nombre de latch SR; S y R hacen relación a los dos posibles estados funcionales del dispositivo que son SET y RESET respectivamente. Pese a la mejora quesupone

la incorporación de señal de habilitación, su tabla de funcionamiento (tabla III) muestra la posibilidad de que un mismo valor en las entradas del latch, pueda producir un estado indefinido, como sucede en los diseños elementales de los latches en la figura 2. Una modificación al latch SR, la constituye el diseño de la figura 4, en la que un inversor hace imposible poder enviarsimultáneamente el mismo valor lógico a las entradas del latch SR. Este diseño recibe el nombre de latch tipo D. La tabla IV muestra que estando la habilitación en alto, el estado siguiente del latch es el dato (D) presente en su entrada; de aquí recibe su nombre el dispositivo.

Figura 5. Configuración Maestro-esclavo, para obtener un flip-flop SR con habilitación. Nótese que se utilizaron los diagramas debloques para representar cada uno de los latches, y no sus diagramas esquemáticos.

Figura 4.

Diagrama esquemático del latch tipo D con habilitación (C).

C 0 1 1

D X 0 1

Estado siguiente de Q No hay cambio Q = 0; Estado RESET Q = 1; Estado SET
CON HABILITACIÓN (C).

C 0 0 0 0 1 1 1 1

S 0 0 1 1 0 0 1 1

R 0 1 0 1 0 1 0 1

Q(t + 1) 0 0 1 Indeterminado 1 0 1 Indeterminado...