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Hasta ahora los circuitos lógicos analizados eran de carácter combinatorio: sus niveles lógicos de salida dependían siempre de los niveles de la entrada en el momento de la medición. Ningún estado anterior de la entrada ejerce influencia alguna sobre el estado actual de las salidas puesto que los circuitos lógicos combinatorios carecen de memoria. No obstante, la mayoría de los sistemas digitales poseen circuitos combinatorios al igual que componentes de memoria , como se muestra en la imagen siguiente. En la entrada, la parte combinatoria acepta señales externas y las salidas los componentes con memoria. Algunas salidas combinatorias se almacenan en la memoria de dichos componentes. Aquellos que forman la memoria también se encuentran ligados internamente con las entradas de los circuitos combinatorios con el fin de que las salidas memorizadas se puedan volver a emplear como entradas. Este proceso indica que la salida externa de un sistema digital es el resultado de las entradas externas pero, también, de la información almacenada en el interior de los componentes con memoria. Si las salidas de un sistema lógico dependen de los estados precedentes, entonces se habla de circuitos secuenciales.
Biestables
ISINALUISA 1/ 2 Biestables viernes, 30 de junio de 2023
Los elementos con función de memoria más importantes son los biestables , también conocidos como cerrojos o basculadores. Están compuestos por una combinación de diferentes compuertas lógicas. Aunque una sola puerta lógica no posee ninguna capacidad de memoria, esto se puede alcanzar mediante la combinación de varias de ellas. La siguiente figura nos muestra el símbolo general utilizado para representar biestables. El símbolo muestra dos salidas, denominadas Q y Q, invertidas entre sí. La salida Q recibe el nombre de normal y Q el de invertida. Cuando hablamos del estado de un biestable, nos referimos a su salida normal. Por ejemplo, si decimos que el biestable se encuentra en estado alto, esto quiere decir que Q = 1 y que Q = 0; de lo contrario Q = 0 y Q =1. La siguiente tabla resume los posibles estados de un biestable y las correspondientes relaciones. Valores de salida Denominación del estado Q = 1, Q = 0 HIGH, 1, o SET (S) Q = 0, Q = 1 LOW, 0, CLEAR, o RESET (R) Como muestra el símbolo del biestable, este puede tener una o más entradas. Estas se utilizan para inducir al biestable a modificar los posibles estados de la salida. La mayoría de las entradas solo se deben activar brevemente para que se produzca el cambio del estado de la salida, incluso aunque el pulso de entrada no se aplique por mucho tiempo. Esta es una característica de la memoria del biestable. La salida permanece en el nuevo estado mientras determinadas entradas no cambien. Por esta razón, los circuitos de biestables son muy adecuados para la fabricación de las memorias (RAM) de los PC. ISINALUISA 2/ 2 Biestables viernes, 30 de junio de 2023
Cerrojo NOR
El análisis del cerrojo NOR se puede realizar de manera similar al del NAND, tomando en cuenta la excepción de que los valores de las entradas y salida son distintos, puesto que el funcionamiento de las compuertas lógicas NOR se diferencia del de las NAND. Aquí se obtiene, por ejemplo, Q = 1 si SET = 1 y CLEAR = 0. Si SET = 0 y CLEAR = 1, Q = 0. Al final de este capítulo presentaremos un resumen de las tablas de verdad de los cerrojos.
Tipos de biestables en función de sus entradas
Señales de sincronización y biestables síncronos
Los sistemas digitales pueden funcionar de manera síncrona o asíncrona. En los sistemas asíncronos, las salidas de los circuitos lógicos pueden cambiar su estado en cualquier momento, una vez que las entradas hayan cambiado. Por el contrario, en un sistema sincrónico se establecen los tiempos exactos en los que las salidas deben cambiar de estado a través de una señal, que se denomina comúnmente señal de reloj ( CLK o C ). Esta señal de reloj es, en general, un tren de pulsos que se reparte por todas las partes del sistema. La mayoría de las salidas pueden cambiar únicamente si tiene lugar una transición síncrona. Una transición de flanco ascendente implica un paso del 0 al 1 lógico, mientras que un cambio de flanco descendente significa que el estado alto se convierte en bajo. La siguiente imagen muestra dos transiciones ascendentes y dos descendentes. ISINALUISA 2/ 5 Tipos de biestables viernes, 30 de junio de 2023
La mayoría de los sistemas digitales son por lo menos parcialmente síncronos, por lo que permiten una localización más sencilla de fallos. La sincronización por medio de señales de reloj se puede realizar utilizando biestables sincronizados también por una señal de reloj y diseñados de modo que puedan cambiar su estado tras una transición de dicha señal. El siguiente esquema ilustra un biestable con entrada de sincronización. La ficha técnica del circuito debe indicar también si las señales se activan por flanco ascendente o descendente. Los biestables síncronos cuentan además con una o más entradas de control , que pueden recibir muchas denominaciones de acuerdo con su función. Las entradas de control no ejercen ninguna influencia sobre la salida hasta que no aparezca un cambio del pulso. El circuito de un biestable síncrono contiene un detector de flancos. Además de las entradas de control se utiliza una función AND de este detector de flancos como entrada del biestable. Otros conceptos importantes relacionados con las señales de reloj son el tiempo de activación y de duración, con lo que se asegura el buen funcionamiento del biestable si se producen cambios activos de la señal de reloj. El tiempo de activación y el de duración son especificaciones que determinan el lapso mínimo durante el cual la señal debe permanecer estable antes y después de que se produzca un cambio. Biestable SC síncrono (biestable tipo RS) También conocido como biestable RS, este componente responde de manera similar a un cerrojo NOR, pero solo puede cambiar de estado si aparece una transición de flanco provocado por la señal de reloj. Esto significa que el estado de las entradas no afecta al de las salidas a menos que tenga lugar un cambio de flanco. El siguiente esquema muestra un biestable síncrono SC. La S equivale a «set», es decir, activar y la C corresponde a «clear», es decir, borrar. En el caso de un biestable RS, la S equivale a «set» y la R a «reset», es decir, reiniciar. ISINALUISA 3/ 5 Tipos de biestables viernes, 30 de junio de 2023
Un biestable de esta naturaleza cuenta con una sola entrada síncrona representada con la letra D por tratarse de la abreviatura de la palabra «datos». Su funcionamiento es muy sencillo: Si se produce un cambio en la señal de reloj de la entrada CLK, Q pasa al mismo estado que tenga D. Esto significa que el nivel que se aplica a D quedará almacenado en el biestable en el momento en que tenga lugar el cambio. Un biestable síncrono D se puede crear fácilmente introduciendo una compuerta NOT en la entrada K de un biestable JK controlado por pulsos de reloj y usando el pin J como una entrada D. Cerrojo D Otro tipo de biestable que solo mencionaremos de paso, es el D que no utiliza ningún circuito de detección de flancos, por lo que su funcionamiento se ve supeditado a la aparición de las transiciones. La entrada EN activa o desactiva el efecto que ejerce la entrada sobre la salida, pero solo durante las transiciones. Entradas asíncronas En los biestables síncronos abordados hasta ahora, las entradas S (controladas por señales de reloj), C (también controlada por estas señales), J, K y D se consideran síncronas debido a que el efecto provocado por ellas en la salida depende de su sincronización con la señal de reloj CLK. La mayoría de los biestables síncronos cuentan, sin embargo, con una o varias entradas asíncronas, cuyo funcionamiento es independiente de las síncronas. Entre estas se encuentran las denominadas «PRESET» y «CLEAR». Estas se reconocerán claramente gracias a los ejercicios. ISINALUISA 5/ 5 Tipos de biestables viernes, 30 de junio de 2023
Impedimento de rebotes en las salidas controladas por un interruptor mecánico Debido al fenómeno del rebote de los interruptores, que se aprecia en la siguiente imagen, en la realidad es imposible crear con un interruptor mecánico una transición «limpia» entre diferentes niveles de tensión. Si se lleva el interruptor de una posición a otra se generan varias transiciones en los niveles de tensión, algo inaceptable para algunas aplicaciones a pesar de que esto se prolongue solo durante unos pocos milisegundos. Se puede utilizar un cerrojo NAND para evitar que las oscilaciones ejerzan alguna influencia sobre las salidas. Si se emplea un circuito que contenga un biestable, como se muestra a la derecha, la salida permanece estable independientemente del rebote de la señal de entrada puesto que la modificación del estado solo aparece una vez que el interruptor vaya por primera vez hacia el contacto. Los demás movimientos del contactor de su posición final no ejercen ninguna influencia sobre la salida porque en las posiciones intermedias tanto SET como CLEAR se encuentran en el nivel alto. Almacenamiento y transmisión de datos El uso más común de los biestables viene dado por el almacenamiento de información. Los datos se pueden expresar en forma de cifras (por ejemplo, en forma de números binarios). Normalmente la información se almacena en un grupo de biestables que reciben el nombre de registros. Después del registro de datos, la operación más utilizada es su transmisión. Esto implica que la información pase de un registro a otro. La transmisión síncrona de datos requiere el uso de entradas CLK. La transmisión asíncrona de datos utiliza puertas PRESET y CLEAR a través de una entrada sencilla EN, que permite el traspaso de datos.
Ejemplo de aplicación
ISINALUISA 1/ 2 Ejemplo de aplicación viernes, 30 de junio de 2023
Tipo de biestable Símbolo Salida - resumen Cerrojo NAND Set Clear Salida 0 0 Q = Q = 1 no es válido 0 1 Q = 1 1 0 Q = 0 1 1 Como el anterior Cerrojo NOR Set Clear Salida 0 0 Como el anterior 1 0 Q = 1 0 1 Q = 0 1 1 Q = Q = 0 no es válido S-C síncrono S C CLK Salida 0 0 Como el anterior 1 0 Q = 1 0 1 Q = 0 1 1
Q = Q =
0 no es válido
Resumen: Biestables
ISINALUISA 1/ 2 Resumen: Biestables viernes, 30 de junio de 2023
JK síncrono (flanco ascendente) J K CLK Salida 0 0 Como el anterior 1 0 Q = 1 0 1 Q = 0 1 1 Contrario al anterior ISINALUISA 2/ 2 Resumen: Biestables viernes, 30 de junio de 2023
