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.
CIRCUITOS COMBINACIONALES
En un circuito combi nacional 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.
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.
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 vio estables,
que son circuitos construidos a partir de puertas lógicas, y que son capaces de
almacenar información binaria de un bit .
2.1. BIESTABLES (flip-flop)
Un vio estable, 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 vio estables se dividen
en:
• Asíncronos:
sólo tienen entradas de control. El más empleado es el vio estable RS.
Un vio estable asíncrono tiene poca utilidad o se utiliza
en aplicaciones donde realiza una función individualizada. La mayoría de los
vio estables 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 vio estable 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 vi estable 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 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.
3. Cuantos hay
Flip-Flop S-R (Set-Reset).
Utiliza dos compuertas NOR. S y R son las entradas,
mientras que Q y Q’ son las salidas (Q es generalmente la salida que se busca
manipular.)
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 meta estables.
· Circuitos
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 meta estables
· Circuitos
Bi estables 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:
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
Los registros son circuitos secuenciales construidos a
base de Flip-Flops los cuales permiten almacenamiento de información.
Generalmente, los registros están construidos a base de Flip-Flops tipo D,
debido a que siempre que a la entrada se coloca un 1 lógico, se desea obtener a
la salida Q un 1 lógico, y siempre que a la entrada se coloca un 0 lógico, se
desea obtener a la salida Q un 0 lógico. Un registro puede presentar diferentes
funcionalidades definida por el desplazamiento de la información y la carga en
paralelo de la información.
Los registros, pueden tener diferentes movimientos, los
cuales dependen de su forma de entrada y salida de datos.
Registros 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.
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:
La siguiente figura presenta un registro de
desplazamiento hacia la izquierda
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
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 combi nacional y secuencial radica en la propiedad de almacenamiento de
esta última. Esta propiedad puede ser alcanzada 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 información 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.
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 almacena- dos 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 influencia respecto a los datos de entrada. En cambio, cuando la señal C
permite el paso del dato de
Una vez realizada esta puntualización vamos a estudiar
los principales tipos de vi estables que podemos encontrar. Para ello, se han
dividido, utilizando los criterios de transparencia, en vi estables
transparentes, latches y flip-flops.
Elementos de Memoria Transparentes.
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.
Las entradas asíncronas son aquellas que modifican la salida nada más produciendo el cambio en la entrada.
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.
Utiliza dos compuertas NOR. S y R son las entradas,
mientras que Q y Q’ son las salidas (Q es generalmente la salida que se busca
manipular.)
T
|
Q
|
Q+
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
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
|
D
|
Q
|
Q+
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
Ejemplos:
Una vez realizada esta puntualización vamos a estudiar los principales tipos de vi estables que podemos encontrar. Para ello, se han dividido, utilizando los criterios de transparencia, en vi estables transparentes, latches y flip-flops.
