Circuitos Secuenciales

Circuitos secuenciales: concepto de Estado

En los sistemas secuenciales la salida Z en un determinado instante de tiempo ti depende de X en ese mismo instante de tiempo ti y en todos los instantes temporales anteriores. Para ello es necesario que el sistema disponga de elementos de memoria que le permitan recordar la situación en que se encuentra (_ estado).

Como un sistema secuencial es finito, tiene una capacidad de memoria finita y un conjunto finito de estados posibles _ máquina finita de estados (FSM: finite state machine).

X(t): entrada actual

S(t+1): estado próximo

Z(t): salida actual

S(t): estado actual

Concepto de Realimentación

Un sistema secuencial dispone de elementos de memoria cuyo contenido puede cambiar a lo largo del tiempo. El estado de un sistema secuencial viene dado por el contenido de sus

elementos de memoria. Es frecuente que en los sistemas secuenciales exista una señal que inicia los elementos de memoria con un valor determinado: señal de inicio (reset).

La señal de inicio determina el estado del sistema en el momento del arranque (normalmente pone toda la memoria a cero).

La salida en un instante concreto viene dada por la entrada y por el estado anterior del sistema. El estado actual del sistema, junto con la entrada, determinará el estado en el instante siguiente _ realimentación.

2. Concepto de biestable

Un biestable es un dispositivo capaz de almacenar un bit (1 ó 0). Principio de funcionamiento de un biestable: Utilizando realimentación entre puertas se puede mantener (almacenar) un valor estable hasta que cambien las condiciones de entrada.

3. Sincronismo

Tipos de sistemas secuenciales:

Asíncronos: pueden cambiar de estado en cualquier instante de tiempo en función de cambios en las señales de entrada.

Síncronos: sólo pueden cambiar de estado en determinados instantes de tiempo, es decir, están “sincronizados” con una señal de reloj (Clk). El sistema sólo hace caso de las entradas en los instantes de sincronismo.

Tipos de sincronismo:

Sincronismo por nivel (alto o bajo): el sistema hace caso de las entradas mientras

el reloj esté en el nivel activo (alto o bajo).

Sincronismo por flanco (de subida o de bajada): el sistema hace caso de las entradas y evoluciona justo cuando se produce el flanco activo (de subida o de bajada).

Entradas asíncronas

Normalmente los biestables síncronos cuentan con entradas asíncronas que se utilizan para forzar un valor determinado en los mismos al margen del reloj.

Puesta a 0 asíncrona: clear (n. bajo, activado cuando clear=0), reset (n. alto, activado con reset=1).

Puesta a 1 asíncrona: preset (n. bajo, activado cuando preset=0), set (n. alto, activado cuando set=1).

Las entradas asíncronas de un biestable actúan al margen de las síncronas y prevalecen sobre ellas. Son muy útiles para iniciar o reiniciar el sistema con un estado inicial determinado. Las entradas asíncronas por nivel bajo se representan por un circulito o burbuja.

Parámetros temporales de los biestables

Tiempo de propagación o retardo (delay time): Tiempo necesario para que el efecto de un cambio en la entrada se haga estable en la salida.

Tiempo de establecimiento (setup time): Tiempo mínimo anterior al flanco de disparo en que las entradas no deben variar (tiempo necesario para que el biestable asiente las entradas antes del flanco).

Tiempo de mantenimiento (hold time): Es el tiempo máximo posterior al flanco de disparo en que las entradas no deben variar (tiempo necesario para que el biestable procese las entradas).

Anchura del reloj tWH y tWL: Duración mínima necesaria para los pulsos de nivel alto y bajo respectivamente.

Frecuencia máxima fmax: Máxima frecuencia permitida al reloj del biestable. Si se supera, el biestable puede funcionar mal.

Tiempo de preset y clear: Es el tiempo mínimo que debe durar el nivel activo de las entradas asíncronas de puesta

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