Flip Flop RS implementado con compuertas NANDFlip Flop RS

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Antes dever este tutorial recomiendo primero leerCircuitos combinacionalesyCircuitos secuenciales. Si ya lo hizo o considera que no esnecesario, prosiga.

De la mismamaneraque se implement un flip flop RS concompuertasNOR, tambin se puede hacer lo mismo concompuertasNAND. Ver el grfico anteriorEl flip flop RS est implementado concompuertasNAND, ver que las entradas sonSyR. El anlisis del funcionamiento de este flip flop es similar a la delflip flop RS con compuertas NORTabla de verdaddel flip flop RS implementado concompuertasNAND:

Este circuito tiene una aplicacinmuy interesante:Circuito eliminadorde rebote

Cuando se implementa unconmutadorcon el propsito de alimentar un circuito, ya sea con un nivel bajo "0 V." o un nivel alto "5 V.Es muy difcil lograr que esta seal de entrada sea perfecta. Estodebidoa que elconmutadores un elemento mecnico , que a la hora de cerrar produce rebotes.Estos rebotes seran similares a los de una pelota que se deja caer y al final se detiene. En unconmutadoreste fenmeno no es evidente pero si ocurre.

Diagrama de circuito eliminador de rebote

Esta situacin podra ser no deseable para el circuito que recibe la seal. Con el siguiente circuito se elimina el problema. La seal se aplica a la entrada A y la salida se obtiene en la salidaQ. Si se aplica la seal a "B", la salida estar en Q.PatrocinadoresEnlaces relacionadosCompuerta NAND o "No Y"Compuertas lgicasNiveles LgicosBiestable tipo D implementado con biestable RSBiestable JK (biestable universal)Entradas SET, CLEAR y tabla de verdad de biestable JKRecomendar este Tutorial a un amigo

PRCTICA 7

Nombre de la prctica:Multivibradores Biestables(flip-flop).

Objetivo de la prctica:Comprobarlastablas de verdadde losmultivibradores biestablesS-C,J-K,DyT, cuando son disparados porflanco negativo(TPN-Transicin dePendienteNegativa).

Duracin:4 horas.

Material necesario:Una fuente de voltaje de 5V2 DIP de 8 entradas11 diodos emisores de luz(LED) (5 rojos,5 verdesy1 amarillo)Las siguientesresistencias:Unade22Kohms(R1),dieciochode470ohmsyunpresetde4Mohms(R2)2 tablillas de conexiones(protoboard)Los siguientescircuitos integrados(TTL):Un74LS175,dos74LS176o74LS112,un74LS04yunLM555Uncapacitorde1microFaradAlambre para conexiones.Un desarmador pequeo(para ajustar elpreset)ManualECG Semiconductors

AutoresTelfono: 5729-6000

Prof. M. en C. Salvador Saucedo Floresextensin:54629

Prof. Ing. Pablo Fuentes Ramosextensin:54326

Alumno PIFI: Eduardo Flores Mejaextensin:54632

Elelemento de memoriams importante es elmultivibrador(MVB), (flip-flop,FF, por su nombre en ingls), que est formado por un ensamble de compuertas lgicas. Aunque una compuerta lgica, por si misma, no tiene la capacidad de almacenamiento, pueden conectarse varias configuraciones de compuertas que se utilizan para producir estosmultivibradores.

Figura 7.1.Smbolo generalpara unmultivibrador(flip-flop) y definicin de sus2 posibles estados de salida LaFigura 7.1 (a)muestra elsmbolo generalempleado para unMVB.Elsmboloindica que elMVBtienedos salidas, marcadas comoQyQ', que son inversas entre s. En realidad, se puede utilizar cualquier letra, pero laQes la de uso ms extendido. La salidaQrecibe el nombre desalida normaldelMVB, mientras queQ'es lasalida negadaoinvertidadelMVB. Cada vez que se haga referencia alestadode unMVB, ste ser elestadode susalida normalQ: se sobreentiende que la salida invertidaQ', se encuentra en el estado opuesto. Por ejemplo, si se afirma que elMVBse encuentra en estadoALTO(1), significa queQ=1; si se seala que elMVBse encuentra en el estadoBAJO(0), entoncesQ=0. Claro est que el estadoQ'siempre es el inverso deQ. Por lo tanto, unMVBtienedos estados permisibles de operacin, como se indica en laFigura 7.1 (b). Ntese las diferentes formas que se emplean para hacer referencia a losdos estados. Es necesario familiarizarse con cada una de ellas, ya que todas son de uso comn. Como lo indica elsmbolode laFigura 7.1 (a)unmultivibradorpuede tener una o ms entradas. stas se emplean para provocar que elMVBhagatransiciones hacia atrsyhacia adelanteentre sus posiblesestados de salida. Como se ver mas adelante, la entrada delMVBslo tiene que recibir unpulso momentneoparacambiar el estado de su saliday sta permanecer en el nuevo estado an despus de la desaparicin delpulso de entrada. Esta es lacaracterstica de memoriadelmultivibrador. ElMVBse conoce con otros nombres, entre ellosregistro bsicoymultivibrador biestable. El trminoregistro bsicose utiliza para ciertos tipos deMVBque se describen mas adelante. El trminomultivibrador biestablees un nombre ms tcnico para unMVB, pero es muy largo para ser utilizado con frecuencia,

REGISTRO BSICO CON COMPUERTASNO-Y(NAND)

FIGURA 7.2. a)Registro bsicoNO-Y,b)Tabla de verdad,c)Smbolo de bloquesS=Inicio,C=Borrar1. INICIO=BORRAR=1. Esta condicin es elestado normaly no tiene efecto alguno sobre el estado de salida. Las salidasQyQ'permanecern en el estado en que se encontraban antes de presentarse esta condicin de entrada.2. INICIO=0,BORRAR=1. Este estado siempre ocasionar que la salida pase al estadoQ=1, donde permanecer an despus de queINICIOyBORRARretornen aALTO. A esto se le denominainiciodelregistro bsico.3. INICIO=1,BORRAR=0. Esto siempre producir el estadoQ=0, donde la salida permanecer an despus de queBORRARretorne aALTO. A esto se le llamaborradooreiniciodelregistro bsico.4. INICIO=BORRAR=0. Esta condicin intentainiciaryborrarelregistro bsicoen forma simultnea y puede producirresultados ambiguos.No debe utilizarse.

REGISTRO BSICO CON COMPUERTASNO-O(NOR)

FIGURA 7.3. a)Registro bsicoNO-O,b)Tabla de verdad,c)Smbolo de bloquesS=Inicio,C=BorrarDos compuertasNO-Oacopladas transversalmente se pueden utilizar como unregistro bsicocon compuertasNO-O. El arreglo que se muestra en laFigura 7.3. a)es semejante alregistro bsicocon compuertasNO-Y, excepto que las salidasQyQ'tienen posiciones invertidas. Elanlisisde la operacin delregistro bsicoNO-Opuede efectuarse de la misma forma que elregistro bsicoNO-Y. Los resultados se dan en latabla de verdadde laFigura 7.3. b)y se resumen como sigue:1. INICIO=BORRAR=0. Esta es lacondicin normaldelregistro bsicoNO-Oy no tiene efecto alguno sobre el estado de salida.QyQ'permanecern en cualquier estado en que se encontraran antes de esta condicin de entrada.2. INICIO=1,BORRAR=0. Esto siempre harQ=1, donde permanecer an despus de queINICIOretorne a0.3. INICIO=0,BORRAR=1. Esto siempre harQ=0, donde se quedar an despus de queBORRARregrese a0.4. INICIO=BORRAR=1. Esta condicin intentainiciaryborrarelregistro bsicoal mismo tiempo y produceQ=Q'=0. Si las entradas se regresan a0simultneamente, el estado de salida resultante enimpredecible.No se debe usar esta condicin de entrada. Elregistro bsicocon compuertasNO-Oopera exactamente igual que elregistro bsicoNO-Y, excepto que las entradasINICIOyBORRARson activadas enALTOen vez de activarlas enBAJOy el estado normal en reposo esINICIO=BORRAR=0.Qse fijar enALTOpor medio de un pulsoALTOen la entradaINICIOy se harBAJOpor medio de un pulsoALTOen la entradaBORRAR. En elsmbolode bloque simplificado delregistro bsicoNO-Ode laFigura 7.3. c), las entradasSyCson activadas enALTO.

Lossistemas digitalespueden operar en formasincrnicaoasincrnica. En los sistemasasincrnicoslas salidas de los circuitos lgicos puedencambiar de estadoen cualquier momento en que una o ms de las entradas cambien. En los sistemassincrnicoslos tiempos exactos en que alguna salida puedacambiar de estadose determinan por medio de una seal, que comnmente se le denomina dereloj. Esta seal derelojes una serie de pulsaciones rectangulares o cuadradas, como se muestra en laFigura 7.4. La seal derelojse distribuye a todas las partes del sistema y muchas (o incluso todas) las salidas del sistema puedencambiar de estadoslo cuando elrelojhace unatransicin. Lastransiciones(tambin denominadasflancos) se indican en laFigura 7.4. Cuando elrelojcambia de0a1, a ste se le denominaTransicin conPendientePositiva(TPP); cuando elrelojpasa de1a0, a sta se le conoce comoTransicin conPendiente Negativa(TPN).

FIGURA 7.4.LosMVBsincronizados porrelojtienen una entrada dereloj(CLK) que esactivasobrea)TPPob)TPN. Las entradas de control determinan el efecto que tendr la transicin activa delreloj.

MULTIVIBRADORESSINCRONIZADOS POR RELOJ Existen varios tipos deMVBsincronizados por reloj. Lascaractersticas principales, que son comunes a todos ellos, son:1. LosMVBsincronizados por reloj, tienen una entrada de reloj que comnmente est marcada comoCLK,CKoCP. En muchosMVBsincronizados por reloj, la entradaCLKesdisparada por flanco, lo que significa que esactivada por una transicin de la seal; esto se especifica por la presencia de un tringulo pequeo sobre la entradaCLK.En laFigura 7.4 a), se activa la entradaCLKslo cuando ocurre unatransicin con pendiente positiva(TPP); la entrada no es afectada en ningn otro tiempo. En laFigura 7.4 b), se activa la entradaCLKslo cuando se presenta unatransicin con pendiente negativa(TPN), lo que se simboliza con un crculo pequeo.2. LosMVBsincronizados por relojtambin poseen una o msentradas de controlque pueden tener varios nombres, lo que depende de su operacin. Lasentradas de controlno tendrn efecto sobreQhasta que ocurra latransicin activadelreloj. En otras palabras, su efecto est sincronizado con las seales aplicadas en la entradaCLK. Por esta razn, estas entradas reciben el nombre deentradas sincrnicas de control.Por ejemplo, lasentradas de controlpara elMVBen laFigura 7.4 a)no tendr efecto sobreQhasta que ocurra unaTPPen la seal delreloj. Del mismo modo, todas lasentradas de controlde laFigura 7.4 b)no tendrn efecto hasta que se presente unaTPNen la seal dereloj.3. En resumen, puede afirmarse que lasentradas de controlhacen que las salidas delMVBestn listas para cambiar, mientras que latransicin activaen la entradaCLKes la que dispara el cambio.

MULTIVIBRADOR SINCRONIZADO POR RELOJ TIPOJ-K LaFigura 7.5muestra unmultivibradortipoJ-Ksincronizado por reloj, disparado por latransicin con pendiente positivade laseal de reloj. Las entradasJ-Kcontrolan el estado delMVB. La condicin principal de esteMVBes queJ=K=1no genera una seal ambigua; para esta condicin,11, elMVBsiempre pasar a su estado opuestocuando se efecte latransicin con pendiente positivade laseal de reloj. A esta operacin se le denominamodo de complemento. En este modo, siJyKse dejan en estadoALTO, elMVBcambiar alestado complementariocon cadapulso de reloj.

FIGURA 7.5MultivibradorJ-Ksincronizado porrelojque responde a latransicin con pendiente positivadelreloj Latabla de verdadde laFigura 7.5resume la forma en que elMVBtipoJ-Kresponde a la formaTPPpor cada combinacin deJyK. LaFigura 7.6muestra elsmbolocorrespondiente a unMVBtipoJ-Ksincronizado por relojque sedisparacon lastransiciones con pendiente negativade laseal de reloj. El crculo pequeo en la entradaCLKindica que estemultivibradorse disparar cuando la entradaCLKpase de1a0.

FIGURA 7.6Multivibradorque se dispara entransicin con pendiente negativa. ElMVBtipoJ-Kes mucho ms verstil que el tipoS-C, puesto quenotieneestados ambiguos. La condicinJ=K=1, la cual genera la operacin decomplemento, se usa ampliamente en todos los tipos decontadores binarios. En esencia, elmultivibradorJ-Kpuede hacer cualquier cosa que elMVBS-Cpueda hacer, adems de operar en elmodo de complemento.

MULTIVIBRADOR TIPOD

FIGURA 7.7MultivibradortipoDdisparado contransiciones de pendiente positiva. LaFigura 7.7contiene elsmboloy latabla de verdadpara unMVBtipoD,disparado por flanco positivo(TPP). A diferencia de losmultivibradoresS-CyJ-K, el tipoDslo tiene unaentrada sincrnica de control,D, letra que proviene dedato. La operacin delMVBDes muy sencilla:Qva hacia el mismo estado en que se encuentra la entradaD, cuando ocurre unaTPPenCLK. En otras palabras, elnivel presenteenDseralmacenadoen elMVBen el momento en que se presente unaTPP.

MULTIVIBRADOR TIPOT Es aquel en el que lanica entradaes la deldisparador(reloj) y ste se obtiene en base a unMVBJ-K, llevando las entradasJyKpermanentementealnivel 1. Cuando se pulsa la entradaT, elbiestablecambia de estado. VerFigura 7.8.

FIGURA 7.8 a)MultivibradortipoTdisparado porflanco positivo,b)Comportamiento

ENTRADAS ASINCRNICAS En losmultivibradoressincronizados por relojse han estudiado las entradasJ,K,DyT, las cuales se han sealado comoentradas de control. A estas entradas se les denomina tambinentradas sincrnicas, porque su efecto sobre la salida delMVBse sincroniza con la entradaCLK. Como se ha observado, lasentradas sincrnicas de controldeben utilizarse junto con unaseal de relojpara activar alMVB.MuchosMVBconrelojtambin tienenuna o ms entradas asincrnicas, que operan independientemente de lasentradas sincrnicasy de laentrada de reloj. Estasentradas asincrnicasse pueden emplear para fijar alMVBen el estado1o0en cualquier instante,sin importar las condiciones presentesen las otras entradas. Lasentradas asincrnicassonentradas dominantesque pueden servir paraignorar todas las entradasa fin decolocaralMVBen unestado u otro. LaFigura 7.9 muestra unMVBtipoJ-Kconentradas asincrnicasdesignadas comoPREyCLR. Estas son entradas activas enBAJO, como lo indican los crculos pequeos en elsmbolodelMVB. Latabla de verdadque se incluye resume la forma en que afectan la salida delMVB.

FIGURA 7.9MultivibradortipoJ-Kcon entradas asincrnicasPREyCLR Ahora examinaremos los casos diversos, en funcin de los valores lgicos dePREyCLK: PRE=CLR=1: Lasentradas asincrnicassoninactivasy elMVBest libre de responder a las entradasJ,KyCLK; en otras palabras, laoperacin sincronizada por reloj, puede llevarse a cabo. PRE=0,CLR=1:PREestactivadayQva inmediatamente a1, sin importar que condiciones estn presentes en las entradasJ,KyCLK. La entradaCLKno puede afectar alMVBmientrasPRE=0. PRE=1,CLR=0:CLResactivadayQva inmediatamente a0, independientemente de las condiciones presente en las entradasJ,KoCLK. La entradaCLKno tiene efecto mientrasCLR=0 PRE=CLR=0:Esta condicin no debe utilizarse, ya que puede producir unaentrada ambigua.PRE=INICIOenCD=PREINICIO(PRE)=SP(inicio directo)CLR=BORRARenCD=BORRAR(CLR)=REINICIO=CD(borrado directo) Es importante comprender que estasentradas asincrnicasresponden a niveles deCD(CorrienteDirecta). Esto significa que si hay unceroconstante en la entradaINICIOenCD, elMVBpermanecer en el estadoQ=1,independientemente de lo que ocurra en las otras entradas. En forma similar, unceroconstante en la entradaBORRARenCDmantiene alMVBen el estadoQ=0. As, lasentradas asincrnicasse pueden usar paraconservaralMVBen unestado especficoen cualquier intervalo de tiempo que se desee. Sin embargo, con frecuencia lasentradas asincrnicasse utilizan parainiciaroborraralMVBalestado deseadomediante la aplicacin de un pulso momentneo. Muchosmultivibradoresconrelojque estn disponibles comocircuitos integradostendrn estos dos tipos deentradas asincrnicas; algunos tendrn solamente la entradaBORRARenCD. Algunos otros tendrnentradas asincrnicasque sonactivadasenALTO. Para estos ltimos, elsmbolodelMVBnotendra un crculo pequeo en lasentradas asincrnicas. La siguiente figura presenta laconfiguracindelMVB74LS74:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1. Armarelcircuito topolgicosiguiente:Circuito topolgico 1: Contiene2MVBtipoS-Casincrnicos, uno formado con compuertasNO-Y(NAND) y el otro con compuertasNO-O(NOR).

Utilizardiodos emisores de luz(LED)color verdepara representarQ1yQ2yLEDcolor rojopara representar aQ'1yQ'2.2. Comprobarsustablas de verdadque se mencionaron con anterioridad.3. Armarelcircuito topolgicosiguiente:

Circuito topolgico 2: Contiene losmultivibradoresJ-K,DyT, los tressincronizados por reloj, cada uno con2entradas asincrnicasINICIO(PRE) yBORRAR(CLR).UtilizarLEDcolor verdepara representar aQ1,Q2yQ3,LEDcolor rojopara representar aQ'1,Q'2yQ'3y unLEDcolor amarilloparaDr.En elcircuito topolgico 2, elcanal 1delDIPrepresenta aJ, el2aK, el3aD, el4aPREy el5CLR. ElLEDDr, muestra lospulsos del reloj.4. Consultarlasconfiguraciones internasde loscircuitos integradosa utilizar en el manualECG Semiconductors.5. Ajustarelpresetcon el desarmador a sumxima resistencia.6. Colocartodos loscanalesdelDIPencircuito abierto(OFF).7. Cuando se vayan a comprobar lastablas de verdadde losMVBJ-KyT,realizarlos cambios en elDIPcuandoDrse encuentre en0(apagado) para poder observar mejor como dependen las entradas de control (sincrnicas) delflanco negativo del reloj.8. Comprobarlatabla de verdaddelMVBJ-Kdisparado por flanco negativo(TPN), que se encuentra en la pgina43del manual indicado,. EsteMVBest representado porQ1yQ'1en elcircuito topolgico 2, dondeJest en elcanal 1delDIPyKen elcanal 2. (CI74LS76).9. Observarcomoal dar un pulsoenJ,Qguarda ese valor despus de ser retirado el pulso, hasta queeste valor sea retirado(activadoK).10. Comprobarlatabla de verdaddelMVBtipoD, que en este caso esdisparado por flanco negativo(TPP). En elcircuito topolgico 2, est representado porQ2yQ'2. En elDIP, laentrada de controlDse encuentra en elcanal 3, (CI74LS74).11. ObservarelMVBtipoT, que est representado porQ3yQ'3, como realiza sucomplementojusto cuandoDrpasa de1a0, (CI74LS76).12. Llevarlasentradas de controlJyKa1.13. Disminuircon el desarmador laresistenciaen elpreset.14. Cerrarelcanal 4delDIP,activandoas laentrada asincrnicaPREyobservarqu sucede en el circuito.15. RegresaraOFFlaentrada 4delDIP(desactivarPRE).16. Cerrarelcanal 5delDIP, que es laentrada asincrnicaCLRyobservarqu sucede en el circuito.17. Conectarleuninversoralpulso del reloj, para que a loscircuitos integradosllegue laseal de relojinvertida.18. Anotarlas observaciones.19. Agregaren el reporte correspondiente a esta prctica eldiagrama de la configuracin internade loscircuitos integradosutilizados.

CUESTIONARIO1. Qu sucedeel losLEDcuando esactivadalaentrada asincrnicaPRE?2. Qu sucedeen losLEDcuando esactivadalaentrada asincrnicaCLR?3. Qu tipo de flancoes el quedisparaa losMVButilizados?4. Cuandoinvertisteelpulso de relojcmo se comporteldisparo por flanco?5. Cuando llevaste las entradasJyKa1esteMVBsecomportcomo tipoT?6. De qu manerapodras hacer elMVBS-Csincronizado por reloj?7. En base a los conocimiento obtenidos de losmultivibradores,disearuneliminador de rebotes.

CONTADOR BINARIO DE 4 BITS TTL 7493.El contador7493utilizan 4flip-flops JKen modo de conmutacin, con entradas de relojP0 yP1 en dondeP1 es la entrada de reloj del segundoflip-floppor lo que para formar un contador de 4 bits mod-16 hay que conectar la salida del primer flip-flop de manera externa (puente) con la entradaP1, quedandoP0 como la entrada de reloj del contador. Tambin tiene dos entradas de reset (MR1 y MR2) las cuales no se deben dejar desconectadas (flotando) porque, como estas se activan en ALTA, al estar flotando toman un nivel ALTO lo que mantendra en reset al contador.

Figura 13: Contador 7493