DIFERENCIA
Un
circuito combinacional es un circuito cuya salida es función exclusivamente del
estado de sus entradas. Está compuesto por puertas lógicas y no deben presentar
realimentación, es decir, ninguna salida de ningún componente debe usarse como
entrada del circuito.
El comportamiento de un circuito secuencial se determina mediante las entradas, las salidas y los estados de sus flip-flops. Tanto las salidas como el estado siguiente son función de las entradas y del estado presente. El análisis de los circuitos secuenciales consiste en obtener una tabla o un diagrama de las secuencias de tiempo de las entradas, salidas y estados internos. También es posible escribir expresiones booleanas que describen el comportamiento de los circuitos secuenciales. Sin embargo, esas expresiones deben incluir la secuencia de tiempo necesaria ya sea en forma directa o indirecta.
El comportamiento de un circuito secuencial se determina mediante las entradas, las salidas y los estados de sus flip-flops. Tanto las salidas como el estado siguiente son función de las entradas y del estado presente. El análisis de los circuitos secuenciales consiste en obtener una tabla o un diagrama de las secuencias de tiempo de las entradas, salidas y estados internos. También es posible escribir expresiones booleanas que describen el comportamiento de los circuitos secuenciales. Sin embargo, esas expresiones deben incluir la secuencia de tiempo necesaria ya sea en forma directa o indirecta.
CIRCUITOS COMBINACIONALES
En un circuito combinacional el estado lógico de sus salidas, en cada
instante depende únicamente del estado de sus entradas. Por consiguiente, en
este tipo de circuitos no es necesario tener en cuenta la noción de tiempo. Son
funciones lógicas, representables en una tabla de verdad y simplificables
mediante la lógica booleana, o por métodos como el de Karnaugh.
En estos sistemas no es posible almacenar el estado de las entradas en un
instante y utilizarlo para tomar decisiones posteriormente.Las aplicaciones de los circuitos combinacionales son de dos tipos:
1. Realización de funciones lógicas, por ejemplo en sistemas de control,
donde se procesan entradas y con ello se dan salidas a relés, válvulas ...
2. Realización de sistemas en los que, mediante ciertos códigos, se
procesan datos representativos de magnitudes numéricas, los cuales se
transforman y se someten a operaciones lógicas o aritméticas.
APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS COMBINACIONALES.
CIRCUITOS DISPONIBLES COMERCIALMENTE.
En el caso de funciones sencillas resulta apropiado realizar los circuitos
mediante puertas lógicas. Pero si se trata de funciones más complejas, es más
eficaz emplear la gran variedad de circuitos integrados existentes, en
combinación con las puertas.
Se intenta sustituir las puertas lógicas por bloques más complejos. El
criterio de minimización pretende, de esta manera, conseguir el menor
númeroposible de circuitos integrados.
Los más importantes son:
Comparadores
Sumador total y semisumador
Codificadores
Decodificadores
Multiplexores
Demultiplexores
CIRCUITOS SECUENCIALES
En un circuito secuencial el estado de sus salidas depende del estado de
sus entradas, pero también depende del estado interno del circuito y de la
secuencia con que se introduzcan sus entradas.
Se dice que tienen memoria. Ejemplos son: los contadores de impulsos, una
conexión telefónica, la combinación de apertura de una caja fuerte ...
Los circuitos secuenciales más elementales son los biestables, que son
circuitos construidos a partir de puertas lógicas, y que son capaces de
almacenar información binaria de un bit .
Un biestable, también llamado (flip-flopen inglés), es un dispositivo
electrónico 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.
Un biestable asíncrono tiene poca utilidad o se utiliza en aplicaciones
donde realiza una función individualizada. La mayoría de los biestables
comercializados son síncronos o como tales forman un conjunto con una función
muy específica, como contadores o registros.
• 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.
La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por
flanco (de subida o de bajada).
Un biestable es activado por nivel si sólo es necesario que esté presente
un valor característico (nivel lógico) de tensión en su entrada de reloj, para
que al presentar un nivel lógico en su entrada de información el biestable se
dispare.
FLIP-FLOP.
1.
Definición.
Los circuitos secuenciales son aquellos en los cuales su
salida depende de la entrada presente y pasada. Dentro de estos se tienen a los
FLIP-FLOP estos son dispositivos con memoria más comúnmente utilizados.
2.
Características.
Un Flip-flop puede tener dos tipos de entradas: síncronas
y asíncronas.
Las entradas asíncronas son aquellas que modifican la salida nada más produciendo el cambio en la entrada.
Las entradas asíncronas son aquellas que modifican la salida nada más produciendo el cambio en la entrada.
Las entradas síncronas son aquellas donde una vez que sea
introducido el dato en ellas, hay que esperar un pulso exterior del clock para
que la salida quede afectada según ese dato introducido en la entrada. El CLOCK
es la entrada que gobierna las entradas síncronas de un Flip-flop al recibir un
impulso.
Mediante una sola línea se pueden gobernar varios Flip-flops haciendo que los cambios de estado en sus salidas se produzcan de manera síncrona o simultánea.
El gobierno del clock puede ser por nivel o por flanco.
Existe un tipo de Flip-flop llamado maestro-esclavo que consta esencialmente de dos flip-flop seguidos, uno gobernado por el nivel 1 (maestro), y el otro por el flanco de bajada (esclavo).
Cuando llega el nivel 1 al clock actúa el primer flip-flop y su salida en ese momento depende de las entradas del dato y cuando llega el flanco de bajada del clock, se actúa el segundo flip-flop y se da salida al exterior al dato contenido en ese momento en la salida del primer flip-flop.
Mediante una sola línea se pueden gobernar varios Flip-flops haciendo que los cambios de estado en sus salidas se produzcan de manera síncrona o simultánea.
El gobierno del clock puede ser por nivel o por flanco.
Existe un tipo de Flip-flop llamado maestro-esclavo que consta esencialmente de dos flip-flop seguidos, uno gobernado por el nivel 1 (maestro), y el otro por el flanco de bajada (esclavo).
Cuando llega el nivel 1 al clock actúa el primer flip-flop y su salida en ese momento depende de las entradas del dato y cuando llega el flanco de bajada del clock, se actúa el segundo flip-flop y se da salida al exterior al dato contenido en ese momento en la salida del primer flip-flop.
3.
Cuantos hay
Flip-Flop
S-R (Set-Reset).
Como
existen varias formas de implementar un Flip-Flop S-R (y en general cualquier
tipo de Flip-Flop) se utilizan diagramas de bloque que representen al
Flip-Flop. Para describir el funcionamiento de un FF se utilizan las
llamadas Tablas de Estado y las Ecuaciones Características.
Flip-Flop T
El
Flip-flop T cambia de estado en cada pulso de T. El pulso es un ciclo completo
de cero a 1. Las siguientes dos figuras muestran el diagrama de
bloque y una implementación del FF T mediante un FF S-R y compuertas
adicionales.
Las
dos entradas del FF S-R están conectadas a compuertas AND, ambas conectadas a
su vez a la entrada T. Además, la entrada Q está conectada a R y Q’ a S. Esta
conexión es así para permitir que el FF S-R cambié de estado cada que se le
mande un dato a T.
Tabla
de estado para el FF T
T
|
Q
|
Q+
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
Flip-Flop J-K
El
flip-flop J-K es una mezcla entre el flip-flop S-R y el flip-flop T. Esto
ocurre de la siguiente manera:
En J=1, K=1 actúa como Flip-Flop T
De otra forma, actúa como Flip-Flop S-R
El siguiente diagrama de bloque es el perteneciente el FF J-K
La
tabla de estado aparece a continuación, J=1 y K=1 sí son válidos.
Tabla
de estado del FF J-K
J
|
K
|
Q
|
Q+
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
Flip-Flop D (Delay)
El
flip-flop D es uno de los FF más sencillos. Su función es dejar
pasar lo que entra por D, a la salida Q, después de un pulso del reloj. Es,
junto con el FF J-K, uno de los flip-flops mas comunes con reloj. Su tabla de
estado se muestra a continuación:
D
|
Q
|
Q+
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
De
la tabla se infiere que la ecuación característica para el FF D es: Q+= D. El
siguiente diagrama de bloques representa este flip-flop.
COMPORTAMIENTO MONOESTABLE, BIESTABLE, ASTABLE Y
METAESTABLE
·
Circuitos
Monoestables: Estos circuitos cambian de estado sólo si se mantiene la señal de
entrada (nivel alto o bajo), cuando ésta se quita, la salida regresa a su
estado anterior, es decir poseen un sólo estado estable y otro metaestables.
·
Circuitos Astables o Aestables: Son circuitos gobernados por una red de tiempo R-C
(Resistencia-Capacitor) y un circuito de realimentación, a diferencia de los
anteriores se puede decir que no poseen un estado estable sino dos metaestables
·
Circuitos Biestables
o Flip-Flop (FF): Son aquellos que cambian de estado cada vez que reciben una señal de
entrada (ya sea nivel bajo o alto), es decir retienen el dato de salida aunque
desaparezca el de entrada, poseen dos estados estables.
En casi todos los
tipos de equipo digital se encuentran flip-flops programados o conectados como
contadores, usándose no solamente como contadores sino como equipo para dar la
secuencia de operación, división de frecuencias, así como para manipulación matemática.
En el sentido más
elemental, los contadores son sistemas de memoria que “recuerdan” cuántos
pulsos de reloj han sido aplicados en la entrada. La secuencia en que esta
información se almacena depende de las condiciones de la aplicación y del
criterio del diseñador de equipo lógico. Muchos de los contadores más comunes
se encuentran disponibles en paquetes de circuitos integrados.
Son circuitos digitales lógicos secuénciales de salida binaria o cuenta
binaria, característica de temporización y de memoria, por lo cual están
constituidos a base de flip-flops.
o
Un número máximo
de cuentas (módulo del contador)
o
Cuenta ascendente
o descendente.
o
Operación síncrona
o asíncrona.
o
Autónomos o de
auto detención.
Se utilizan para
contar eventos.
Ejemplos:
Ejemplos:
o
número de pulsos
de reloj.
o
medir frecuencias.
o
Se utilizan como
divisores de frecuencia y para almacenar datos. Ejemplo: en un reloj digital.
o
Se utilizan para
direccionamiento secuencial y algunos circuitos aritméticos.
Registros
En la figura anterior se muestra los
diferentes movimientos de datos en un registro. La primera imagen corresponde a
entrada en paralelo, salida en paralelo. La segunda imagen corresponde a
entrada en serie con desplazamiento a la derecha, salida en paralelo. La
tercera imagen corresponde a entrada en serie con desplazamiento a la
izquierda, salida en paralelo. La cuarta imagen corresponde a entrada en serie
con desplazamiento a la derecha, salida en serie. La quinta imagen corresponde
a entrada en serie con desplazamiento a la izquierda, salida en serie. La sexta
imagen corresponde a entrada en paralelo, salida en serie con desplazamiento a
la derecha.
Resgistros con
Entrada y Salida en Paralelo
Un registro con entrada y salida en
paralelo, tiene como objetivo, capturar un dato en paralelo y colocarlo
directamente en la salida del registro. La siguiente figura presenta el diseño
de dicho registro.
Registros de
Desplazamiento con Entrada y Salida en Serie
Un registro con entrada y salida en
serie, tiene como objetivo, capturar un dato bit a bit dado una frecuencia. Con
este tipo de implementaciones, la entrada y la salida del registro son solo un
bit.
Los registros de desplazamiento
pueden tener entrada de datos en el bit de menor peso, de esta forma los
bits a la salida se obtienen en el bit de mayor peso. Este tipo de
desplazamiento, es un desplazamiento a la izquierda. Este desplazamiento se
puede representar de la siguiente forma:
En la representación anterior, se
inicializa las salidas Q en 0. Suponiendo que se ingresa por el bit de menor
peso un uno, en el siguiente flanco de reloj, se desplaza hacia la izquierda
todos los bits, obteniendo un desplazamiento por cada flanco de reloj.
La siguiente figura presenta un
registro de desplazamiento hacia la izquierda
Por otro lado, los registros de
desplazamiento pueden tener entrada de datos en el bit de mayor
peso, de esta forma los bits a la salida se obtienen en el bit de menor
peso. Este tipo de desplazamiento, es un desplazamiento a la derecha. Este
desplazamiento se puede representar de la siguiente forma:
En la
representación anterior, se inicializa las salidas Q en 0. Suponiendo que se
ingresa por el bit de mayor peso un uno, en el siguiente flanco de reloj, se
desplaza hacia la derecha todos los bits, obteniendo un desplazamiento por cada
flanco de reloj.
La
siguiente figura presenta un registro de desplazamiento hacia la derecha
Registros de
Desplazamiento en Cascada
El registro 74194, contiene en su
configuración diferentes posibilidades. Este registro, puede hacer carga en
paralelo, desplazamiento a la derecha y desplazamiento a la izquierda. Este
circuito además es apropiado para hacer conexiones en cascada, de esa forma,
puede implementarse registro de más de 4 bits.
La siguiente figura muestra una
implementación de un registro de 8 bits construido a base de registros 74194,
los cuales son registros de 4 bits.
Descripción
y características y tipo de memoria.
ELEMENTOS DE MEMORIA
Como ya hemos comentado, la
diferencia básica entre la lógica combinacional y secuencial radica en la
propiedad de almacenamiento de esta última. Esta propiedad puede ser alcazada de dos formas diferentes:
•De forma implícita, a través de
lazos de realimentación directa (con o sin elementos de retraso)
•De forma explícita, a través de
elementos de memoria.
Por lo tanto, en este tema nos
centraremos en las principales características y tipos de estos elementos, que
nos podemos encontrar en los sistemas secuenciales.
También presentaremos los grandes
sistemas de almacenamiento, y sus características, que nos podemos encontrar en
sistemas complejos como sistemas informáticos.
1. Introducción. Definiciones y
Clasificaciones.
Entre las muchas definiciones que
podemos encontrar de elemento de memoria, vamos a elegir la siguiente:
Un elemento de memoria es aquel
elemento capaz de almacenar un estado durante un tiempo determinado.
El primer elemento está formado
por dos inversores realimentados de tal forma que el valor a la entrada del
primer inversor es el mismo que a la salida del segundo inversor, estando
de acuerdo con el lazo de
realimentación. Por lo tanto, mientras que el dato de entrada no cambie, el
dato de salida permanecerá sin cambiar, es decir, quedará almacenado. De igual
forma podemos comprobar que una simple línea de conexión muestra el mismo
comportamiento, de tal forma que la tensión es almacenada en el condensador
parásito asociado a dicha línea.
La diferencia entre ambos
elementos se encuentra en el tiempo que permanece almacenado el dato,
característica que se suele denominar duración de la información . En el primer
elemento, la información permanecerá almacenada indefinidamente hasta que el
dato de entrada cambie su valor. En cambio, en el segundo caso, de la misma
forma que hay un con- densador parásito, también existe una resistencia
parásita, creando un camino de descarga a través de la resistencia. Como el
dato no es regenerado por ningún elemento (como sucede con los inversores en el
primer elemento), cuando se sobrepasa un determinado tiempo, que se denomina
tiempo de descarga y suele considerarse proporcional al producto RC, la tensión
almacenada no es lo suficiente alta como para identificar un nivel lógico o
cambia su valor. A este tipo de almacenamiento se denomina almacenamiento
dinámico ; mientras que cuando el dato permanece durante un tiempo indefinido,
el almacenamiento se denomina almacena- miento estático . En el caso del
almacenamiento dinámico, para evitar la pérdida de la informa- ción es
necesario volver a almacenar la información de forma periódica (antes de
superar el tiempo de descarga), lo cual se conoce como ciclo de refresco.
Otra propiedad que podemos
encontrar en los ejemplos anteriores consiste en un almacenamiento
instantáneo. Cuando el dato de entrada cambia, el valor almacenado en el
elemento de memoria cambia de forma instantánea (después de que se haya
superado el retraso impuesto por el elemento), como podemos ver en la figura
3.2. A esta propiedad se la conoce con el nombre de transparencia, diciéndose
entonces que estamos considerando un elemento de memoria transparente.
Señal de entrada 
Señal de salida
Figura 3.2.- Formas de onda
correspondiente a un elemento de memoria transparente
En contraposición a este tipo de
elementos podemos encontrar elementos de memoria no transparentes. En este tipo
de elementos, los cambios correspondientes a los datos almacenados no
obedecen directamente a los cambios de los datos de entrada, sino que solamente
se producirán cuando lo indique un señal de control. Así, los elementos
mostrados en la figura 3.3(a) pertenecen a este grupo.
Como podemos ver en la figura
3.3(b), la señal de control C controla un conmutador que permite o no el paso
del dato de entrada al resto del elemento. Así, mientras C tenga un valor bajo,
evitando el paso del dato de entrada, el elemento mantiene almacenado el dato
anterior (en el caso de las formas de onda se ha supuesto un nivel bajo). En esta
fase de operación se dice que el elemento es opaco o está en su fase opaca, de
tal forma que se pierde toda influen- cia respecto a los datos de entrada. En
cambio, cuando la señal C permite el paso del dato de
No podemos olvidar que estamos
estudiando una parte de la Electrónica Digital, y por lo tanto, nuestros datos
podrán tener dos valores: ‘1’ ó ‘0’ lógico. Entonces, los elementos de memoria
deben poder almacenar dos estados, correspondientes a los dos valores lógicos.
Este es el motivo por el cual a los elementos de memoria que utilizamos en los
sistemas secuenciales también se les conozca como biestables. A partir de
ahora utilizaremos los conceptos de elemento de memoria o biestable de forma
totalmente equivalente.
Una vez realizada esta
puntualización vamos a estudiar los principales tipos de biestables que podemos
encontrar. Para ello, se han dividido, utilizando los criterios de
transparencia, en biestables transparentes, latches y flip-flops.
Elementos de Memoria Transparentes.
En primer lugar consideraremos
los elementos de memoria transparentes, es decir, los biestables que carecen de
señal de control.
Código para practica de contador digital con conteo de 3 en 3 comenzando en 0
const int a = 2;
const int b = 3;
const int c = 4;
const int d = 5;
const int e = 6;
const int f = 7;
const int g = 8;
void setup() {
pinMode (a, OUTPUT);
pinMode (b, OUTPUT);
pinMode (c, OUTPUT);
pinMode (d, OUTPUT);
pinMode (e, OUTPUT);
pinMode (f, OUTPUT);
pinMode (g, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(a, HIGH);
digitalWrite(b, HIGH);
digitalWrite(c, HIGH);
digitalWrite(d, HIGH);
digitalWrite(e, HIGH);
digitalWrite(f, HIGH);
digitalWrite(g, LOW);
delay(1000);
digitalWrite(a, HIGH);
digitalWrite(b, HIGH);
digitalWrite(c, HIGH);
digitalWrite(d, HIGH);
digitalWrite(e, LOW);
digitalWrite(f, LOW);
digitalWrite(g, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(a, HIGH);
digitalWrite(b, LOW);
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digitalWrite(a, HIGH);
digitalWrite(b, HIGH);
digitalWrite(c, HIGH);
digitalWrite(d, HIGH);
digitalWrite(e, LOW);
digitalWrite(f, HIGH);
digitalWrite(g, HIGH);
delay(1000);
}
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