ELEMENTOS BIESTABLES: FLIP-FLOPS R-S, M-S, J-K, T Y D, SÍNCRONOS Y ASÍNCRONOS

Biestables.  Los biestables son el primer eslabón de componentes para la memorización de datos. A partir del elemento más simple. Los circuitos con re alimentación no son combinacionales. Constituyen un nuevo tipo,  los  llamados secuenciales.   La característica principal de un circuito secuencial es que su salida no sólo depende de  su entrada, sino de sus entradas anteriores, que quedan recogidas en lo que llamaremos “estado”.   Supongamos el siguiente circuito elemental con realimentación. Tipos de biestables y su utilización:   RS  JK  T  D  ASINCRONO  uso comun  interes teorico  POR EL NIVEL  interes teorico  interes teorico  uso comun  POR FLANCO  interes teorico   uso comun  uso comun  interes teorico  MAESTRO ESCLAVO  uso comun  uso comun  uso comun  interes teorico Flips-Flops  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. Aplicaciones  Un biestable puede usarse para almacenar un bit. La información contenida en muchos biestables puede representar el estado de un secuenciador, el valor de un contador, un carácter ASCII en la memoria de un ordenador, o cualquier otra clase de información.  Un uso corriente es el diseño de máquinas de estado finitas electrónicas. Los biestables almacenan el estado previo de la máquina que se usa para calcular el siguiente.  El T es útil para contar. Una señal repetitiva en la entrada de reloj hace que el biestable cambie de estado por cada transición alto-bajo si su entrada T está a nivel 1. La salida de un biestable puede conectarse a la entrada de reloj de la siguiente y así sucesivamente. La salida final del conjunto considerado como una cadena de salidas de todos los biestables es el conteo en código binario del número de ciclos en la primera entrada de reloj hasta un máximo de 2n-1, donde n es el número de biestables usados.  Una cadena de biestables T como la descrita anteriormente también sirve para la división de la frecuencia de entrada entre 2n, donde n es el número de biestables entre la entrada y la última salida. Biestable RS Dispositivo de almacenamiento temporal de 2 estados (alto y bajo), cuyas entradas principales permiten al ser activadas: R: el borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida. S: el grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida

TABLAS DE BIESTABLES

Tabla de Funcionamiento

Los fabricantes de circuitos integrados, para describir la operación que realiza el circuito, emplean la llamada tabla de funcionamiento, que es lo que hasta ahora hemos venido llamando tabla de verdad para los circuitos combinacionales, a la que se ha añadido el estado del tiempo, que resulta esencial para los circuitos secuenciales.

La tabla de funcionamiento del biestable S-R, resulta ser:

Hemos empleado la siguiente notación:

t_n = instante de tiempo en el que se aplican las entradas.

t_n+1 = instante de tiempo inmediatamente posterior en el que el circuito responde.

Q₀ = salida Q en el instante t_n

Q+ = salida en el instante t_n+1

Aunque el flip-flop SR tiene dos entradas S y R, y una salida Q, es habitual que al implementarlo aparezca con otra salida más, la resultante de complementar la salida Q, y la entrada de reloj C.

Se suele representar simbólicamente como un rectángulo como se indica en la figura.

SISTEMAS SECUENCIALES SÍNCRONOS

Según la forma de realizar el elemento de memoria nos podemos encontrar  distintos tipos de sistemas secuenciales, principalmente dos:

Sistemas Secuenciales Síncronos, en los que su comportamiento puede definirse en instantes de discretos de tiempo, se necesita una sincronización de los elementos del sistema mediante una señal de reloj,  que no es más que un tren de pulsos periódico. Las variables internas no  cambian hasta que no llega un pulso del reloj.

Sistemas Secuenciales Asíncronos, actúan de forma continua en el tiempo, un cambio de las entradas provoca cambios en las variables internas sin esperar a la intervención de un reloj. Son sistemas más  difíciles de diseñar.

El cambio de las variables internas se puede producir de dos maneras en un

sistema secuencial síncrono:

Por niveles, cuando permiten que las variables de entrada actúen sobre el sistema en el instante en el que la señal de reloj toma un determinado nivel lógico (0 ó 1).

Por flancos, o cambios de nivel, cuando la acción de las variables de entrada sobre el sistema se produce cuando ocurre un flanco activo del reloj. Este flanco activo puede ser de subida (cambio de 0 a 1) o de bajada  (cambio de 1 a 0).

El elemento de memoria básico de los circuitos secuenciales síncronos es el biestable. Almacena el estado 0 ó el estado 1, y de ahí su nombre, tienen dos estados estables de funcionamiento.

También se les suele conocer como FLIP-FLOPS.

CONTADORES SINCRONOS Y ASÍNCRONOS

 Contador Síncrono

En la imagen anterior podemos observar la base de un contador síncrono, en el cual tenemos los siguientes elementos:

• 4 flip-flops J-K, los cuales reciben el nombre de FF0, FF1, FF2 y FF3, los cuales tienen las se distribuyen de la siguiente forma: el FF0 tiene tanto sus entradas J como K con un pulso positivo constante y una entrada con pulso de reloj o clock, los otros 3 flip-flop presentan en sus entradas J y K una conjunción (AND) de las salidas (Q) del flip-flop anterior y antes del anterior.
• Vcc: esto representa un impulso positivo o de nivel alto constante.
• Clock: representa un pulso de reloj. Lo cual corresponde a un impulso con el siguiente patrón  ALTO, BAJO, ALTO, BAJO………..

Vale la pena mencionar que este contador va a ir de 0 a 15, ya que si realizamos la operación 2^4 = 16. Por lo que el contador va a tener 16 combinaciones distintas. Si fuera necesario interrumpir el funcionamiento o como yo llamo resetearlo(que vuelva a iniciar), para ello los flip-flop tienen las entradas inferiores. Si no saben como hacerlo comenten y les ayudo.

Contador Asíncrono

Este contador es  un tanto mas sencillo que el sincrono, ya que este no presenta las operaciones con las salidas del flip-flop, este unicamente consiste de lo siguiente:

• 4 flip-flops: al igual que el sincrono, solo que este en las entradas de sus ultmos 3 Flip-Flops esta compuesto por los impulsos positivos constantes (J y k) y la entrada de reloj en este caso tiene el valor de la salida Q del FF anterior.
• Vcc
• Clock

Al igual que el anterior, al tener 4 flip-flops va a ir de 0 a 15 .