Circuitos Secuenciales Biestables de la Universidad Internacional de Valencia

Circuitos Secuenciales Biestables

viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestablesviu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables S R Circuito Combinacional A D S 44viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Se denominan circuitos secuenciales a aquellos circuitos lógicos cuya salida no esta condicionada solamente por la combinación de las variables de entrada, sino también por el orden de las mismas. Se puede decir que un circuito secuencial posee salidas que estarán en 0 o 1 lógico dependiendo no solo del valor actual de las variables de entrada, sino también de la historia del sistema. Dicho de otra forma, se dice que un circuito secuencial posee una cierta memoria. En electrónica, un circuito que cumple con la definición anterior es el denominado biestable. 45viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables "Los dispositivos biestables se dividen en dos categorías: flip-flops y latches. Los biestables poseen dos estados estables, denominados SET (activación) y RESET (desactivación), en los cuales se pueden mantener indefinidamente, lo que les hace muy útiles como dispositivos de almacenamiento. La diferencia básica entre latches y flip-flops es la manera en que cambian de un estado a otro." 46viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Este tipo de circuitos se caracteriza por presentar dos salidas complementarias denominadas Q y Q'. Estas salidas presentan dos estados estables (0 y 1), lo cual significa que pueden permanecer en forma indefinida en alguno de estos estados, aún cuando haya desaparecido la causa que originó su cambio. El cambio en la salida de estos circuitos se produce a través de entradas de control. Componentes Circuito Combinacional Elemento de memoria 47viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables

1. La información almacenada en los elementos de memoria, en cualquier momento dado, define el estado del circuito secuencial en ese momento.
2. El circuito secuencial recibe información binaria de entradas externas.

3 Esas entradas, junto con el estado actual de los elementos de almacenamiento, determinan el valor binario de las salidas. 4 También determinan la condición para cambiar el estado de los elementos de almacenamiento. Proceso 3 2 Circuito Combinacional Elemento de memoria 4 1 48viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables El diagrama de bloques indica que las salidas de un circuito secuencial son función no sólo de las entradas, sino también del estado actual de los elementos de almacenamiento. El siguiente estado de los elementos de almacenamiento también es función de entradas externas y del estado actual. E Circuito Combinacional Elemento de memoria Elaboración propia Un circuito secuencial biestable se especifica con una sucesión temporal de entradas, salidas y estados internos. 49viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Se requiere de un circuito lógico (sistema) que cuente la cantidad de '1' que ingresan al sistema. La salida depende del valor que se tenga en la entrada (valor actual) y de los '1' que se han contado hasta el momento (valor pasado). Objetivo de (A): calcular el número de '1' en función de la señal de entrada, y de los que se han contado hasta el momento. A Entrada: señal binaria. Salida: número de '1' en función de la señal de entrada (hasta 7, pues tiene 3 salidas). Circuito Combinacional (B) "Elemento adicional" Objetivo de (B) "Elemento adicional": para almacenar el número de '1' contados hasta el momento. 50viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Suponga que se presenta la siguiente señal para la entrada. ¿ Cuántos '1' contará? A Circuito Combinacional O 1 0 1 000000 1 0 00 11 00 11 00 00 00 00 00 11 00 000 1111 000 1111 000000000000 1111 000 (B) "Elemento adicional" ¿Cada cuántos "instantes" de tiempo contará los '1'? 51viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables ¿Cada cuántos "instantes" de tiempo contará los '1'? Se requiere de información adicional, de manera que el circuito haga su trabajo en el momento adecuado. Esa información adicional la proporciona un "pulso de reloj", para indicar que ése es el momento exacto de "contar" los '1' de la entrada. El reloj convierte la señal de entrada en una señal síncrona. (A) Circuito Combinacional (B) "Elemento adicional" 52viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables ¿Cada cuántos "instantes" de tiempo contará los '1'? El reloj convierte la señal de entrada en una señal síncrona. A Circuito Combinacional (B) "Elemento adicional" 1 1 O 1 Cantidad de '1'= Señal sincronizada (entrada más pulso de reloj) 53viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Circuitos Secuenciales - Clasificación

Clasificación de Circuitos Secuenciales

Clases Descripción Los biestables se clasifican en: · Asincronos: funcionan sin el control de una señal de frecuencia patrón. El comportamiento de estos circuitos depende tanto de las entradas en cualquier instante de tiempo como del orden en que cambian las entradas a lo largo del tiempo. Según el sincronismo o no de una señal de reloj · Sincronos sencillos: son biestables de nivel que funcionan con una frecuencia patrón. El comportamiento de estos circuitos se define a partir del conocimiento de sus señales en instantes discretos de tiempo. · Sincronos, Edge-Triggered: son biestables cuyas salidas se modifican con el cambio de nivel de las señales de control, sincronizadas con una frecuencia patrón. Un reloj se entiende como un generador de pulsos eléctricos (oscilador de onda rectangular o cuadrada) que se utiliza para sincronizar el funcionamiento de los circuitos secuenciales complejos. 54viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Circuitos Secuenciales - Clasificación Clases Descripción Tipos Por lógica de control Esta tipología surge de la forma lógica de cambio de las salidas del biestable (Q y Q') por el cambio en los valores lógicos de las entradas de control. · R - S (Reset - Set) · J - K · D · T Según la forma de las señales de control · Los que producen el cambio lógico de sus salidas (disparo) mediante niveles de tensión en las señales de control. Estos biestables se denominan latchs. · Los que producen el cambio de sus salidas (disparo) mediante el cambio de los niveles de tensión de las entradas de control. El disparo puede producirse con el flanco de subida o con el flanco de bajada de las señales de control. Estos biestables se denominan Flip-Flops. 55viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Por convención, una señal de reloj es activa alta si el cambio de estado ocurre en el borde ascendente del reloj o cuando el reloj está en alto; y activo bajo en el caso complementario. El periodo de reloj es el tiempo entre transiciones sucesivas de la señal, y la frecuencia (inverso del periodo), el número de ciclos de reloj por segundo. El ciclo útil es el porcentaje de tiempo que la señal de reloj está en su nivel alto. Los sistemas digitales típicos, desde los relojes digitales hasta los supercomputadores, usan un oscilador de cristal de cuarzo para generar la señal de reloj, con frecuencias que van desde 32.768 kHz hasta algunos GHz . Periodo Flanco de subida Flanco de bajada Ancho del pulso Tiempo en bajo 56viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Circuitos Secuenciales - Clasificación según el sincronismo Tipos Comportamiento Elementos de almacenamiento Se define conociendo sus señales en instantes discretos. Las salidas responden en función de la señal del reloj: Utiliza señales que afectan a los elementos de almacenamiento únicamente en instantes discretos. Sincronos · Activos por nivel: cuando el reloj se encuentra en el nivel activo, las salidas responden a todas las variaciones de las entradas. · Disparados por flanco: cuando se produce el flanco, las salidas toman el valor correspondiente a las entradas. Este valor no se modificará hasta el siguiente flanco, aunque varie el valor de las entradas en dicho instante. La sincronización se logra con un dispositivo de temporización llamado generador de reloj, el cual produce un tren periódico de pulsos de reloj. 57viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Circuitos Secuenciales - Clasificación según el sincronismo Tipología Comportamiento Elementos de almacenamiento Los pulsos de reloj se distribuyen por todo el sistema de modo que los elementos de almacenamiento sólo se vean afectados al llegar cada pulso. Sincrono Generalmente son muy estables. Este tipo de circuito (que usa pulsos de reloj en las entradas de sus elementos de almacenamiento), se denomina circuito secuencial con reloj, y es el de los más comúnmente utilizados. Los elementos de almacenamiento empleados en este tipo de circuito secuencial con reloj se llaman flip-flops. Un flip-flop es un dispositivo binario de almacenamiento que puede almacenar un bit de información. 58viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Circuitos Secuenciales - Clasificación según el sincronismo Tipos Comportamiento Elementos de almacenamiento Asincronos Depende de las señales de entrada en cualquier instante dado y del orden en que cambian las entradas. Las salidas responden inmediatamente a los valores de entrada. Son dispositivos de retardo de tiempo. La capacidad de almacenamiento de estos dispositivos de retardo se debe al tiempo que la señal tarda en propagarse por el dispositivo. 59viu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuencialesviu Universidad Internacional de Valencia Circuitos Secuenciales Biestables Circuitos secuenciales con reloj - Latches "El latch es un tipo de dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (biestable), que se suele agrupar en una categoría diferente a la de los flip-flops. Básicamente, los latches son similares a los flip-flops, ya que son también dispositivos de dos estados que pueden permanecer en cualquiera de sus dos estados gracias a su capacidad de realimentación, lo que consiste en conectar (realimentar) cada una de las salidas a la entrada opuesta. La diferencia principal entre ambos tipos de dispositivos está en el método empleado para cambiar de estado." "Los latches son útiles para almacenar información binaria y se utilizan en circuitos secuenciales asincrónicos. Sin embargo, no resultan prácticos en los circuitos secuenciales sincrónicos". 3