CIRCUITOS BIESTABLES - PARTE I.
Nuevamente aquí... y luego de esto me tomaré un buen descanso, eso creo...!!!
Comencemos... Los circuitos biestables son muy conocidos y empleados como elementos de memoria, ya que son capaces de almacenar un bit de información. En general, son conocidos como Flip-Flop y poseen dos estados estables, uno a nivel alto (1 lógico) y otro a nivel bajo (cero lógico), Se entendió...?, aplausos para mi... gracias, muchas gracias...!!!
Antes de continuar, en prácticas anteriores trabajamos con pulsadores como señal de entrada, es posible que al presionar el pulsador se produzcan rebotes eléctricos, ( es como haberlo presionado varias veces) y sí... los resultados serán totalmente inesperados, así que lo de los cablecitos para probar estos circuitos no nos servirán de mucho en estos casos, es conveniente utilizar un pulso de reloj para realizar estas pruebas, ya sabes...!!! un circuito astable, de los que hicimos en lecciones anteriores, de ahora en más lo llamaremos pulso de reloj o Clock o CK.
Por lo general un Flip-Flop dispone de dos señales de salida, una con el mismo valor de la entrada y otra con la negación del mismo o sea su complemento.
Primero lo básico, como siempre, y luego lo enredamos un poco más.
» FLIP FLOP BáSICO RS
Se puede construir uno fácilmente utilizando dos compuertas NAND o NOR conectadas de tal forma de realimentar la entrada de una con la salida de la otra, quedando libre una entrada de cada compuerta, las cuales serán utilizadas para control Set y Reset...
Las resistencias R1 y R2 utilizadas en ambos casos son de 10k y las puse solamente para evitar estados indeterminados, observa el circuito con compuertas NOR... Un nivel alto aplicado en Set, hace que la salida negada ~Q sea 0 debido a la tabla de verdad de la compuerta NOR, al realimentar la entrada de la segunda compuerta y estando la otra a masa, la salida normal Q será 1. Ahora bien, esta señal realimenta la primer compuerta, por lo tanto no importan los rebotes, y el FF se mantendrá en este estado hasta que le des un pulso positivo a la entrada Reset
Conclusión: El biestable posee dos entradas Set y Reset que trabajan con un mismo nivel de señal, provee dos salidas, una salida normal Q que refleja la señal de entrada Set y otra ~Q que es el complemento de la anterior.
Si comparas los dos flip-flop representados en el gráfico, verás que sólo difieren en los niveles de señal que se utilizan, debido a la tabla de verdad que le corresponde a cada tipo de compuerta.
» FLIP FLOP RS - Controlado por un pulso de reloj:
En este caso voy a utilizar el ejemplo de las compuertas NAND, pero le agregaremos dos compuertas mas, y uniremos la entrada de cada una a una señal de Reloj...
Lo dicho mas arriba, necesitamos un generador de pulsos (Astable) para conectarlo en la entrada Clock, una vez lo tenemos pasamos a interpretar el circuito...
Si pones un 0 en Set y la entrada Clock está a 1 ocurrirá todo lo que se describe en el esquema anterior, veamos que ocurre cuando Clock pasa a 0...
Sorpresaaaaaaaaa...!!!, el FF se mantiene sin cambios en Q y ~Q. Fíjate que ahora no importa el estado de Set y Reset, esto se debe a su tabla de verdad (basta que una de sus entradas sea 0 para que su salida sea 1) por lo tanto Set y Reset quedan inhabilitadas.
Es decir que se leerán los niveles de Set y Reset sólo cuando la entrada Clock sea 1.
NOTA 1: El primer circuito que vimos (Flip-Flop simple) es llamado Flip-Flop Asíncrono ya que puede cambiar el estados de sus salidas en cualquier momento, y sólo depende de las entradas Set y Reset.
NOTA 2: El segundo circuito es controlado por una entrada Clock y es llamado Flip-Flop Síncrono ya que el cambio de estado de sus salidas esta sincronizado por un pulso de reloj que realiza la lectura de las entradas en un determinado instante.
Antes de continuar quiero mostrarte algo muy interesante, no es la única forma de obtener un Flip-Flop, observa esto...
» FLIP FLOP - Con un inversor
La ventaja aquí es la cantidad de compuertas utilizadas, esta bueno, no te parece...?
Bueno, lo dejo para que lo analices...
CIRCUITOS BIESTABLES - PARTE II.
El flip-flop presentado anteriormente conocido como flip-flop RS suele presentar un estado indeterminado cuando sus dos entradas R y S se encuentran en estado alto así que veamos como se puede solucionar este inconveniente...
» FLIP FLOP D:
En este circuito no existe la posibilidad de que las dos entradas estén a nivel alto, ya que posee un inversor entre una y otra, de tal modo que R = ~S, observa el siguiente gráfico, aquí se supone la entrada Dato a nivel 0...
Veamos que ocurre cuando la entrada Dato, pasa a 1 y CK cambia de estado pasando también a 1, según como se van transmitiendo los datos por las compuertas resulta Q=1 y ~Q=0.
Para que el flip-flop retorne a su estado inicial, la entrada Dato D deberá pasar a 0 y sólo se transferirá a la salida si Ck es 1. Nuevamente se repite el caso que para leer el datos debe ser ck=1.
En forma general se representa el filp-flop D con el siguiente símbolo
» FLIP FLOP Master-Slave:
Se trata de un arreglo de dos FF independientes. El primero actúa como Master y el otro como Slave. Con la diferencia de que en este caso las entradas Set y Reset son realimentadas por las salidas Q y ~Q respectivamente, quedando libre únicamente la entrada CK.
Ya se, será complicado de analizar, pero lo haremos fácil, veamos...
Considerando CK=0, será la salida Q=0 y ~Q=1, al momento del cambio de nivel de CK (CK=1), sólo cambiaran las salidas del primer flip-flop (Master) sin afectar las salidas Q y ~Q.
Ahora bien, cuando CK regrese a su estado inicial (CK=0) el Slave conmutará las salidas Q y ~Q quedando Q=1 y ~Q=0. Al cambiar de estado CK (CK=1) las salidas no serán afectadas. Esto se puede resumir en una pequeña tabla de verdad, como ésta...
Bueno, le agregué una fila más, por si preguntas ;-)
A este tipo de Flip-flop, se le a dado la posibilidad de preestablecer el estado de sus salidas, adicionándole dos entradas más, Preset (Pr) y Clear (Clr), que vendrían a ser algo así como Set y Reset respectivamente, pero claro, hay que advertir que se debe evitar la situación Pr=Clr=0
También tiene una forma de representación simbólica...
Y aún queda más, el flip-flop JK, así que vamos por él...
» FLIP FLOP JK:
Un flip-flop JK es muy similar al visto anteriormente, pero mucho más complejo que éste, y existen Circuitos integrados que ya lo traen incorporado así que por cuestiones de sencillez y para no complicarte demasiado utilizaré su representación simbólica.
Lo vamos a analizar de forma sencilla haciendo uso de la tabla de verdad que corresponde al funcionamiento del flip-flop...
Comencemos:
Las dos primeras líneas indican que las entradas Clr y Pr establecen el estado de las salidas Q y ~Q sin importar el estado en que se encontraban anteriormente, ni el estado de las otras entradas (J, K y CK).
En la tercera y cuarta línea se han establecido las entradas Clr y Pr a nivel 1 y las salidas Q y ~Q permanecen en cualquiera de los dos estados mencionados anteriormente, según el que se haya establecido...!!!, ahora bien si se mantiene CK=0 las salidas Q y ~Q permanecen sin cambio (Sc), lo mismo ocurre si se mantiene CK=1, y continúa así en los cambios ascendentes de CK, y como podrás notar en la siguiente línea, si estableces J=K=0 queda sin importancia la entrada CK y sin cambio las salidas.
En la séptima y octava línea se transfieren los datos de las entradas J y K a las salidas Q y ~Q respectivamente, pero esto sólo ocurrirá en la transición ascendente de CK.
Finalmente con Clr=Pr=J=K=1 el flip-flop Cambiará Siempre (Cs) cada vez que se presente una transición descendente de CK.
Y hasta aquí..., la idea fue mostrarte las ventajas y desventajas de cada uno de estos circuitos, te recuerdo que no necesitas armar uno de estos embrollos de compuertas, ya que existen integrados que las contienen, como el CD4027 que es un doble flip-flop JK maestro-esclavo o el CD4013 que es un doble flip-flop tipo D, al cual le voy a dedicar una página especial, por sus variadas aplicaciones, muy utilizado en robótica...!!!
Es más, estoy pensando que sería bueno describir las funciones de algunos integrados, los más utilizados según el tipo de aplicación y diseño que se requiera, ya veré si me doy tiempo para ello, pero creo que me merezco un descanso, así que..., ahí nos vemos.
Hasta la próxima...!!!