Lectura 09 Circuitos Secuenciales

Escuela de Ingeniería Mecatrónica

_____________________________________________________________________________ Electrónica Digital 2015- I Ing. Luis Vargas Díaz

LECTURA 09

TEMA: CIRCUITOS SECUENCIALES

Son aquellos en los cuales las salidas en un instante de tiempo determinado dependen de las

entradas en ese instante y del estado anterior de su o sus salidas.

También se podría decir que en un circuito secuencial las salidas dependen del estado de las

entradas en el instante t y del estado de las salidas en el instante t-1

Los circuitos secuenciales se pueden clasificar en dos tipos:

- Los que no necesitan ser sincronizados por una señal de reloj - Los que requieren una señal de reloj para ser sincronizados

o Activados por nivel o Activados por flanco

a). Asíncrono b). Síncrono



BIESTABLES

Los biestables son circuitos lógicos capaces de permanecer en uno de entre dos estados

estables, aún después de desaparecer la causa que provocó el paso al estado alcanzado. Son,

pues, capaces de almacenar una información binaria (1 bit).

Tipos de biestables.

- De acuerdo a la lógica de disparo o Biestables R S o Biestables J K o Biestables

- De acuerdo al sincronismo en el disparo o Asíncronos (latches) o Síncronos (flip flops)

Biestables activados por nivel

Un biestable activado por nivel podrá cambiar de estado cuando la señal de reloj esté a un

determinado nivel de tensión: "1" (nivel alto) o "0" (nivel bajo).

Biestable activado por flanco

Un biestable activado por flanco ignora el pulso de reloj mientras está en un nivel constante y se

dispara sólo durante una transición de la señal de reloj, de "0" a "1" (flanco de subida) o de "1" a

"0" (flanco de bajada).



BIESTABLE R – S (LATCH)

BIESTABLE R – S asíncrono

El único biestable que tiene sentido como asíncrono es el R-S. Los demás requieren reloj para

un correcto funcionamiento.

Este biestable tiene dos entradas:

· R (Reset): permite poner a 0 el estado del biestable.

· S (Set): permite ponerlo a 1.

Tiene dos salidas complementarias: Q y Q'. Para analizar la tabla de transición basta con que

nos fijemos en Q.

La tabla de transición es la siguiente

El símbolo como bloque del biestable R-S es el siguiente:



y el circuito puede ser implementado con sólo dos puertas NOR con acoplamiento cruzado y con

entrada activa a nivel alto o con dos puertas NAND con entrada activa a nivel bajo:

En el caso de utilizar puertas NAND, las órdenes Reset y Set suceden para entradas a nivel bajo

(0); en este caso, el biestable se llama biestable R'S', y su tabla de verdad es todo invertido

(R=S=0 no permitido, etc.)

Los cronogramas correspondientes a un biestable R-S con puertas NOR y NAND son los

siguientes. Como estamos analizando el biestable como asíncrono, no dependerá de una señal

de reloj, sino de cómo cambiemos las entradas R y S y del estado anterior. Igual que hemos

hecho antes, lo que hacemos ahora es cambiar los valores de las dos entradas R y S y

observaremos las señales de salida Q y Q'. Los estados de las entradas R y S los hemos elegido

arbitrariamente para realizar los cronogramas, partiendo en ambos casos de que Q se encuentra

a nivel bajo (Q=0).



BIESTABLE R – S síncrono

Este tipo de biestable, y todos los que vamos a ver, pueden tener una entrada adicional de

habilitación (STROBE o ENABLE), que puede activarse en estado alto ("1") o bajo ("0"). Cuando

esta señal está activa, el biestable funciona (puede cambiar de estado); cuando está inactiva, no

funciona.

El biestable R-S puede funcionar de forma asíncrona (tal como hemos visto hasta ahora), pero

también de forma síncrona, es decir, utilizando una señal de reloj como entrada de habilitación.

Cuando enumeramos los distintos tipos de biestables, dentro de los síncronos (flip-flops) vimos

que la señal de reloj se podía activar por "nivel" o por "flanco".

Los símbolos lógicos o de bloques de los biestables R-S síncronos son los siguientes. Todos

tienen una entrada adicional de reloj (Clock). En el caso de los flip-flops disparados por flanco

colocamos un triángulo dentro del bloque en la entrada del reloj. Este triángulo se denomina

"indicador de entrada dinámica". Para distinguir si se activa por flanco de subida o por flanco de

bajada, colocamos un círculo (como los de negación) en la entrada del reloj.

Circuito de disparo



Vamos a analizar ahora los cronogramas correspondientes a estos cuatro casos. Al tratarse de

biestables síncronos, ahora dependerán de una señal de reloj. Igual que antes, cambiamos las

entradas R y S y comprobamos las señales de salida Q y Q'. Podemos poner los cuatro casos

en un solo cronograma.

BIESTABLE J - K

El flip-flop J-K es uno de los más ampliamente utilizados. Las denominaciones J y K de sus

entradas no tienen ningún significado conocido, excepto el hecho de que son dos letras

consecutivas del alfabeto.

Es similar al R-S, pero elimina la indeterminación que se presenta cuando las dos entradas son

"1". En este caso, para esa combinación el estado cambia de valor, es decir, si tenía el valor "0"

pasa a valor "1" y viceversa.



La tabla de transición es la siguiente, en forma normal y forma compacta:

Ejemplo de cronograma: se aplican las siguientes formas de onda a las entradas J, K y de reloj.

Determinar la salida Q para un biestable activado por flanco de subida y para otro activado por

flanco de bajada, suponiendo que se encuentran inicialmente en estado RESET ("0").

Finalmente, diremos que hay biestables síncronos con entradas asíncronas. El más utilizado es

el J-K síncrono, con dos entradas asíncronas adicionales, llamadas Preset (puesta a "1") y Clear

(puesta a "0"), análogas a las Set y Reset de un biestable R-S. Estas entradas PRE' y CLR'

(asíncronas) son prioritarias sobre las entradas síncronas, y se activan por nivel bajo (las

complementamos), por lo que deben mantenerse en estado alto para el funcionamiento síncrono.



El símbolo de este biestable es:

Ejemplo de cronograma para el biestable anterior, teniendo en cuenta que Q está inicialmente a

nivel bajo:

BIESTABLE D (DATOS)

Sólo tiene una entrada D, y su funcionamiento es tal, que el estado siguiente Q(t+1) es la entrada

D, independientemente del estado actual del biestable Q(t).

Su tabla de transición es:



El biestable D síncrono es un elemento típico de almacenamiento gobernado por la señal de

reloj. La señal lógica que haya en la entrada D, no modificará el estado Q hasta que se active la

señal de reloj. Esto constituye una memoria elemental de 1 bit, ya que el valor presente en la

entrada D, queda almacenado al llegar la señal de reloj. Para cambiar el contenido de esta celdilla

de memoria, no hay más que colocar el nuevo valor en la entrada D y activar la señal de reloj,

momento en el cual el nuevo valor queda almacenado en el biestable.

Vamos a analizar ahora los cronogramas.



REGISTROS Y CONTADORES

Hasta ahora hemos estudiado circuitos combinacionales y circuitos secuenciales por separado.

En este apartado vamos a unir ambos conceptos, para poder analizar los bloques funcionales

secuenciales básicos, como son los registros y los contadores.

Los registros y los contadores son bloques funcionales secuenciales que se utilizan

extensamente en el diseño de sistemas digitales. Los registros son útiles para almacenar y

manipular información; los contadores se emplean en los circuitos que secuencian y controlan

las operaciones de los sistemas digitales.

REGISTROS

Un registro no es más que una agrupación de biestables del mismo tipo.

Puesto que un biestable es capaz de almacenar 1 bit de información, si tenemos "n" biestables,

el registro será capaz de almacenar "n" bits de información binaria (de forma temporal).

El registro más sencillo consta tan sólo de flip-flops sin puertas lógicas externas. Estas puertas

son las que determinan los nuevos datos a almacenar.

REGISTRO DE ALMACENAMIENTO TIPO D

El registro tipo D es un conjunto de biestables D y es el más utilizado como almacén temporal de

información. Cada entrada D se conecta a una línea de entrada de información y cada salida Q

se conecta a una línea de salida de información. Por otro lado, todas las señales de reloj van

unidas entre sí, activando todos los flip-flops por flanco (de subida o bajada) o por nivel para que

la información se almacene en todos los biestables al mismo tiempo.

El esquema es el de la figura (para n=4 bits):



En este caso, la señal de reloj es con flanco de subida. Además, podemos observar como estos

flip-flops tienen una entrada asíncrona de Reset activada por 0 (Clear') para la inicialización del

registro con ceros antes de su operación, aunque esto es opcional (depende del uso que

vayamos a darle al registro en el sistema). Lo que haremos será tener la entrada Clear' a un valor

de "1" durante la operación normal sincronizada, haremos que sea "0" sólo cuando queramos

inicializar el registro.

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

Son registros en los cuales la información contenida en un biestable puede ser transferida al

biestable adyacente. La transferencia se realiza en todos los biestables simultáneamente, es

decir, la información contenida en el biestable 1 pasa al 2, al mismo tiempo que la información

que había antes en el 2 pasa al 3, y así sucesivamente. Están conectados en cascada. La nueva

información en el primer biestable se toma de una entrada, y la información del último biestable

se pierde.

Para caracterizar o designar un registro de desplazamiento hay que indicar todas sus

características: tipo de entrada, tipo de salida y sentido del desplazamiento.

Suponiendo registros de 4 bits, los posibles movimientos de datos en los registros de

desplazamiento son:



Por ejemplo un registro de desplazamiento de 4 bits con entrada y salida serie, desplazamiento

a derecha.

Vamos a construir un cronograma para comprobar el funcionamiento del registro. Suponemos

que el registro se activa por flanco de subida.

Ahora veamos un ejemplo de un registro de desplazamiento de 4 bits con entrada serie y salida

paralelo.



CONTADORES

Un contador es un registro que pasa por una secuencia predeterminada de estados al aplicársele

pulsos de reloj.

Básicamente, son circuitos capaces de contar los impulsos que llegan por una línea. El valor de

la cuenta se expresa mediante un código, que en la mayoría de los casos es binario natural, y a

veces, BCD. Los impulsos de entrada que son capaces de detectar son los flancos de la señal

de entrada.

Dado que el estado del contador debe cambiar cuando llega un flanco de la señal de entrada, se

utilizan biestables T para construir los contadores, conectando la línea con los impulsos a contar

a la entrada de reloj. También podemos utilizar biestables J-K.

TIPOS DE CONTADORES

Atendiendo al sentido de conteo

Contador hacia arriba (ascendentes)

Contador hacia abajo (descenentes)

Contador en ambos sentidos, no simultáneos

Atendiendo a la posibilidad de preselección

Contador con carga en paralelo

Contador con puesta a cero inicial solamente

Atendiendo a la forma de propagarse la señal de reloj internamente

Contador asíncrono (contadores con propagación)

Contador síncrono con acarreo serie

Contador síncrono con acarreo paralelo



Por ejemplo veamos la conformación de un contador ascendente por flanco de bajada

El funcionamiento se puede analizar en el siguiente cronograma:

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