Logica Secuencial .capitulo6

Electrónica Digital

Diseño Secuencial Objetivos Al finalizar esta sesión el estudiante será capaz de: • Conocer la celda básica de almacenamiento. • Entender el principio de funcionamiento del FF.

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Diseño Secuencial Hasta ahora nos hemos limitado a diseños donde las salidas dependen únicamente de las condiciones presentes en las entradas. Los diseños son similares a “fotografías” donde se describe que pasa en la salida en ese momento sin importar lo que paso antes. Para incluir información del pasado y presente del sistema, necesitamos algún otro dispositivo capaz de almacenar esta información. 3

Diseño Secuencial

Bloque Decodificador.- Son bloques formados por circuitos combinatoriales como los que ya conocemos. Se pueden implementar con puertas lógicas básicas o con circuitos MSI. Bloque de memoria.- Es un bloque capaz de retener o almacenar valores binarios de 1 ó 0 aunque la condición de entrada que los fijó, sea retirada. 4

Celda Binaria Bloque conceptual básico de memoria. Su propósito es almacenar bits de información (1 ó 0).

Nomenclatura: Qt =>Valor presente de Q. Qt+1 =>Valor siguiente, próximo de Q.

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Celda Binaria NAND

Hay una realimentación de señal de salida a señal de entrada.

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Celda Binaria NOR

Hay una realimentación de señal de salida a señal de entrada.

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Flip Flop Son los dispositivos hardware básicos que ejecutan la acción de memoria. Funcionan de manera similar a una celda binaria (contienen una) incluyendo características de sincronización mediante la señal de RELOJ.

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Flip Flop SEÑAL DE RELOJ Es un tren de pulsos eléctricos (L – H – L – H) a una determinada frecuencia. Se utiliza para sincronización de circuitos digitales de tal forma que todos los cambios de bits en el sistema, ocurran al mismo tiempo. Para construirla generalmente se utilizan circuitos osciladores basados en integrados analógicos (555) o cristales de cuarzo.

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Flip Flop Entrada por Nivel (Normal)

Es una señal digital normal, donde en lógica positiva los niveles altos son “1” y los niveles bajos son “0”.

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Flip Flop Entrada por Flancos

Los flancos de voltaje son los cambios bruscos en la señal de entrada. Hay dos tipos: Flanco positivo :

La entrada por flancos solo es verdadera (1) en el instante del flanco positivo de reloj, el resto del tiempo es falsa (0). Puede existir también una señal de entrada por flancos negativos. 11

Flip Flop

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Tipos de Flip Flop Flip – Flop SR Funciona de la misma manera que la Celda Binaria, Incluyendo la señal de CLK.

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Tipos de Flip Flop El pulso de reloj está implícito en la tabla. Esto quiere decir que la tabla se ejecutará únicamente cuando CLOCK = 1, lo que ocurre en el instante del flanco positivo de reloj. Esta característica le permite al FLIP FLOP considerarse SINCRÓNICO. Es decir, sus salidas cambiarán solo cuando la señal de sincronismo (CLK) esté presente.

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Tipos de Flip Flop Podemos observar que la salida solo cambia (de acuerdo a la tabla característica) en los instantes del flanco positivo de reloj. El resto del tiempo el Flip Flop mantiene su último estado.

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Tipos de Flip Flop Información de la tabla de Excitación: Esta tabla indica que condiciones hacen posible el cambio de un valor presente dado a otro valor siguiente establecido. La tabla de excitación se deriva de la tabla característica. Para cada combinación se debe preguntar: ¿De que manera se deben conectar las entradas S y R para que la Salida Q cambie del valor “n” al valor “n+1”. La respuesta a esa pregunta para cada combinación se puede encontrar en la tabla característica, leyendo las columnas Qn y Qn+1 y sus respectivos valores de S y R.

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Tipos de Flip Flop

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Tipos de Flip Flop

El valor siguiente de Q es siempre igual al valor presente de D siempre y cuando Exista el flanco positivo de reloj. Se puede aprovechar la característica de que la columna D es igual a la columna Qn+1 para obtener rápidamente la tabla de excitación.

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Tipos de Flip Flop En el Flip Flop D, la salida toma el mismo valor que la entrada “D” luego del flanco positivo de reloj. La “D” del Flip Flop quiere decir “DELAY” (retardo) que se origina al cambiar las salidas después de que la entrada cambia y el reloj llega.

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Tipos de Flip Flop

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Tipos de Flip Flop El Flip Flop tipo T trabaja como un pivote. Si T es igual a cero la salida mantiene su valor. Si T es igual a “1”, la salida invierte su valor. La letra T viene de “Toggle” que quiere decir Palanca o pivote.

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Tipos de Flip Flop

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Tipos de Flip Flop

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Tipos de Flip Flop

El Flip Flop JK trabaja de manera muy parecida al Flip Flop SR considerando J=S y K=R, excepto en la última acción que en lugar de ser don’t care, el FF invierte el último valor.

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Diseño de Flip Flop Diseñar un Flip Flop es encontrar el circuito equivalente que representa la función deseada. Como los Flip Flops se basan en Celdas Binarias lo que hay que encontrar es la función combinatorial que representa el Decoder de Set/Reset. Los datos de partida del diseño son la tabla Característica del Flip Flop deseado y la Tabla de excitación de la celda binaria. La tabla de excitación de la Celda Binaria es idéntica a la del Flip Flop SR.

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Diseño de Flip Flop

PROCEDIMIENTO : 1) Escribir la Tabla Característica del FF deseado incluyendo la señal CLK en la posición mas significativa. 2) Agregar como columnas las entradas Set y Reset de la CB y luego llenarlas con la Tabla de Excitación de la CB. 3) Minimizar e implementar estas columnas que se constituyen en el Decoder de Set/Reset. 26

Diseño de Flip Flop

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Diseño de Flip Flop

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Diseño de Flip Flop

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Conversión de Flip Flop La conversión de un Flip consiste en transformar un FF que llamaremos “original” en otro FF que llamaremos “deseado”. Lo que se desea encontrar es un circuito combinatorial que convierta las entradas del FF deseado en las entradas del original.

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Conversión de Flip Flop PROCEDIMIENTO: 1.-Escribir la tabla característica del FF deseado. 2.- Agregar tantas columnas como entradas tenga el FF original. 3.- Llenar las columnas con la tabla de excitación del FF original. 4.- Minimizar e implementar

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Conversión de Flip Flop

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Conversión de Flip Flop

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Conversión de Flip Flop

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Conversión de Flip Flop Ejemplo: Suponga que dispone de un Flip Flop “HM” cuya tabla característica se adjunta. Convierta el Flip Flop “HM” en un Flip Flop “JK”

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Conversión de Flip Flop Lo primero sería encontrar la tabla de excitación del FF “HM”: Para la combinación “0 1” no se puede generalizar el resultado en una sola expresión. Hay que escoger una de las formas que represente el cambio en Q de 0 a 1. Ahora si se puede escribir la Tabla característica del FF deseado agregando dos columnas para H y M y llenándolas con la tabla de excitación anterior:

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Conversión de Flip Flop

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Entradas asíncronas de los Flip Flop Al ser asincrónicas, no dependen del CLK, por tanto tienen mayor prioridad que cualquier otra señal de entrada: Clear ( Reset ):

Preset ( Set ):

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Entradas asíncronas de los Flip Flop Un FF D típico tiene las dos entradas asincrónicas.

Las señales CLR y PR no pueden ser verdaderas al mismo tiempo (voltaje bajo). Solo cuando ambas son falsas, el Flip Flop opera normalmente bajo el comando de la señal de RELOJ. 39

Aplicaciones de los Flip Flop Registros.- Dispositivo multibits que sirven para almacenar, manipular y utilizar información. Los registros se clasifican por el tipo de entrada que tienen. Registro Paralelo (de Sostenimiento) Cada Flip Flop procesa a la salida un bit. El Registro paralelo sera capáz de procesar n bits de información. En el instante del flanco positivo de Reloj, el valor de la entrada “A” se almacenará en la salida “R”. Incluye una señal de CLEAR (Reset) asincrónica. 40

Aplicaciones de los Flip Flop A manera de ejemplo, se presenta la construcción de un registro paralelo de 4 bits. Para cada bit se tiene un Flip Flop tipo D, de manera que las entradas pasen a las salidas, en el momento de los flancos positivos de reloj.

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Aplicaciones de los Flip Flop Acumulador Es un circuito secuencial construido en base a sumadores y registros paralelo. Su propósito es que en el registro se contabilice el valor acumulado del mismo registro más algún dato. En cada flanco de reloj, el resultado de la suma se carga a la salida del registro, permitiendo que al siguiente flanco el nuevo valor a cargar sea el valor acumulado de la suma anterior mas el Dato. Se puede utilizar en conteos de datos en circuitos, como personas, precios, etc. 42

Aplicaciones de los Flip Flop Aquí se presenta la simulación de un acumulador, usando MAX PLUS II, de un circuito acumulador con RESET asincrónico.

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Aplicaciones de los Flip Flop Registro de Desplazamiento ( serie )

En un registro serie, el valor de un bit deberá desplazarse a los otros bits. Esto se logra haciendo que la salida de un FF alimente a la entrada “D” del siguiente:

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Conversión de Flip Flop REALIZAR LA CONVERSIÓN DE UN FLIP FLOP SR A FLIP FLOP T

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