Flip-flop

II.- lógica secuencial.

Flip-flop

Es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones.1 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.

Biestable RS

Descripción

Cronograma del 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

Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. En ningún caso deberían activarse ambas entradas a la vez, ya que esto provoca que las salidas directa (Q) y negada (Q') queden con el mismo valor: a bajo, si el flip-flop está construido con puertas NOR, o a alto, si está construido con puertas NAND. El problema de que ambas salidas queden al mismo estado está en que al desactivar ambas entradas no se podrá determinar el estado en el que quedaría la salida. Por eso, en las tablas de verdad, la activación de ambas entradas se contempla como caso no deseado (N. D.).

Biestable RS (Set Reset) asíncrono

Sólo posee las entradas R y S. Se compone internamente de dos puertas lógicas NAND o NOR, según se muestra en la siguiente figura:

Biestables RS con puertas NOR (a), NAND (c) y sus símbolos normalizados respectivos (b) y (d).

Tabla de verdad biestable RS

R S Q (NOR) Q' (NAND)

0 0 q N. D.

0 1 1 0

1 0 0 1

1 1 N. D. q

N. D.= Estado no deseado q= Estado de memoria

Biestable D (Data o Delay)

Símbolos normalizados: Biestables D a) activo por nivel alto y b) activo por flanco de subida.

El flip-flop D resulta muy útil cuando se necesita almacenar un único bit de datos (1 o 0). Si se añade un inversor a un flip-flop S-R obtenemos un flip-flop D básico. El funcionamiento de un dispositivo activado por el flanco negativo es, por supuesto, idéntico, excepto que el disparo tiene lugar en el flanco de bajada del impulso del reloj. Recuerde que Q sigue a D en cada flanco del impulso de reloj.

Para ello, el dispositivo de almacenamiento temporal es de dos estados (alto y bajo), cuya salida adquiere el valor de la entrada D cuando se activa la entrada de sincronismo, C. En función del modo de activación de dicha entrada de sincronismo, existen dos tipos:

• Activo por nivel (alto o bajo), también denominado registro o cerrojo (latch en inglés).

• Activo por flanco (de subida o de bajada).

La ecuación característica del biestable D que describe su comportamiento es:

Y su tabla de verdad:

D Q Q siguiente

0 X 0

1 X 1

X=no importa

Esta báscula puede verse como una primitiva línea de retardo o una retención de orden cero (Zero order hold en inglés), ya que los datos que se introducen, se obtienen en la salida un ciclo de reloj después. Esta característica es aprovechada para sintetizar funciones de procesamiento digital de señales (DSP en inglés) mediante la transformada Z.

Ejemplo: 74LS74

Biestable T (Toggle)

Símbolo normalizado: Biestable T activo por flanco de subida.

Dispositivo de almacenamiento temporal de 2 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. No están disponibles comercialmente.

La ecuación característica del biestable T que describe su comportamiento es:

Y la tabla de verdad:

T Q Q siguiente

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Biestable JK

Es versátil y es uno de los tipos de flip-flop más usados. Su funcionamiento es idéntico al del flip-flop S-R en las condiciones SET, RESET y de permanencia de estado. La diferencia está en que el flip-flop J-K no tiene condiciones no válidas como ocurre en el S-R.

Este dispositivo de almacenamiento es temporal que se encuentra dos estados (alto y bajo), cuyas entradas principales, J y K, a las que debe el nombre, permiten al ser activadas:

• J: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida.

• K: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.

Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. A diferencia del biestable RS, en el caso de activarse ambas entradas a la vez, la salida adquirirá el estado contrario al que tenía.

La ecuación característica del biestable JK que describe su comportamiento es:

Y su tabla de verdad es:

J K Q Q siguiente

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 X 0

1 0 X 1

1 1 0 1

1 1 1 0

X=no importa

Una forma más compacta de la tabla de verdad es (Q representa el estado siguiente de la salida en el próximo flanco de reloj y q el estado actual):

J K Q

0 0 q

0 1 0

1 0 1

1 1

El biestable se denomina así por Jack Kilby, el inventor de los circuitos integrados en 1958, por lo cual se le concedió el Premio Nobel en física de 2000.

Biestable JK activo por flanco

Símbolos normalizados: Biestables JK activo a) por flanco de subida y b) por flanco de bajada

Junto con las entradas J y K existe una entrada C de sincronismo o de reloj cuya misión es la de permitir el cambio de estado del biestable cuando se produce un flanco de subida o de bajada, según sea su diseño. Su denominación en inglés es J-K Flip-Flop Edge-Triggered. De acuerdo con la tabla de verdad, cuando las entradas J y K están a nivel lógico 1, a cada flanco activo en la entrada

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