INTRODUCCIÓN En este capítulo se inicia el estudio de los fundamentos de la lógica secuencial. Se cubren los circuitos biestables, monoestables y los dispositivos lógicos aestables, denominados multivibradores. Los dispositivos biestables se dividen en dos categorías: flipflops y latches. Poseen dos estados estables, denominados SET (activación) y RESET (desactivación), en los cuales se pueden mantener indefinidamente, lo que les hace muy útiles como dispositivos de almacenamiento. La diferencia básica entre latches y flip-flops es la manera en que cambian de un estado a otro. Los flip-flops son los bloques básicos de construcción de los contadores, registros y otros circuitos de control secuencial, y se emplean también en ciertos tipos de memorias. El multivibrador monoestable, tiene un único estado estable, genera un único impulso de anchura controlada cuando se activa o dispara.
LATCHES
El latch (cerrojo) es un tipo de dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (biestable), que se suele agrupar en una categoría diferente a la de los flip-flops. Básicamente, los latches son similares a los flip-flops, ya que son también dispositivos de dos estados que pueden permanecer en cualquiera de sus dos estados gracias a su capacidad de realimentación, lo que consiste en conectar (realimentar) cada una de las salidas a la entrada opuesta. La diferencia principal entre ambos tipos de dispositivos está en el método empleado para cambiar de estado.
El latch S-R (SET-RESET) Un latch es un tipo de dispositivo lógico biestable o multivibrador. Un latch S-R (Set-Reset) con entrada activa a nivel ALTO se compone de dos compuertas NOR acopladas, tal como se muestra en la Figura (a); un latch con entrada activa a nivel BAJO está formado por dos compuertas NAND conectadas tal como se muestra en la Figura (b). Observe que la salida de cada compuerta se conecta a la entrada de la compuerta opuesta. Esto origina la realimentación (feedback) regenerativa, característica de todos los latches y flip-flops.
El latch S-R con entrada de habilitación
En un latch con entrada de habilitación las entradas S y R controlan el estado al que va a cambiar el latch cuando se aplica un nivel ALTO a la entrada de habilitación (EN, enable). El latch no cambia de estado hasta que la entrada EN está a nivel ALTO, pero, mientras que permanezca en este estado, la salida va a ser controlada por el estado de las entradas S y R. En este circuito, el estado no válido del latch se produce cuando las dos entradas S y R están simultáneamente a nivel ALTO.
FLIP-FLOPS DISPARADOS POR FLANCO
Los flip-flops son dispositivos síncronos de dos estados, también conocidos como multivibradores biestables. En este caso, el término síncrono significa que la salida cambia de estado únicamente en un instante específico de una entrada de disparo denominada reloj (CLK), la cual recibe el nombre de entrada de control, C. Esto significa que los cambios en la salida se producen sincronizadamente con el reloj.
APLICACIONES DE LOS FLIP-FLOPS
En esta sección, se describen tres aplicaciones de carácter general de los flip-flops que nos van a proporcionar una idea básica de cómo pueden utilizarse.
Almacenamiento de datos paralelo Uno de los requisitos más comunes de los sistemas digitales consiste en almacenar de forma simultánea una serie de bits de datos, procedentes de varias líneas paralelas, en un grupo de flip-flops. Este proceso se ilustra en la Figura (a), utilizando cuatro flip-flops. Cada una de las cuatro líneas paralelas de datos se conecta a la entrada D de un flip-flop. Las entradas de reloj de los flip-flops se conectan juntas, de forma que los flip-flops son disparados mediante el mismo impulso del reloj. En este ejemplo, se utilizan flip-flops disparados por flanco positivo, por lo que los datos de las entradas D se almacenan simultáneamente en los flip-flops con el flanco positivo de reloj, como se indica en el diagrama de tiempos de la Figura (b). Además, las entradas de puesta a cero asíncronas (R) se conectan a una línea común, que inicialmente pone a cero a todos los flip-flops.
División de frecuencia Otra de las aplicaciones de un flip-flop es la división (reducción) de frecuencia de una señal periódica. Cuando se aplica un tren de impulsos a la entrada de reloj de un flip-flop J-K conectado en modo de basculación (J = K = 1), la salida Q es una señal cuadrada que tiene una frecuencia igual a la mitad de la que tiene la señal de reloj. Por tanto, se puede utilizar un único flip-flop como un divisor por 2, como muestra la Figura 7.37. Como puede verse, el flip-flop cambia de estado en cada flanco de disparo del impulso de reloj (flancos positivos en este caso). Esto da lugar a una salida que varía a la frecuencia mitad de la señal de reloj.
Contadores
Otra de las aplicaciones importantes de los flip-flops son los contadores digitales. El concepto se ilustra en la Figura siguiente. Los flip-flops son de tipo J-K disparados por flanco negativo. Ambos flip-flops se encuentran inicialmente en estado RESET. El flip-flop A bascula en las transiciones negativas de cada impulso de reloj. La salida Q del flip-flop A dispara el flip-flop B, de manera que siempre que QA realiza una transición de nivel ALTO a nivel BAJO, el flip-flop B bascula. Las señales resultantes QA y QB se muestran en la figura.
