LABORATORIO 6

CIRCUITOS CONTADORES CON FLIP FLOPS

a. Teoría de LATCHES y FLIP FLOPS

LATCHES

Un latch (Lat Memori Inglet) es un circuito electrónico usado para almacenar información en sistemas lógicos asíncronos. Los latches se pueden agrupar, algunos de estos grupos tienen nombres especiales, como por ejemplo el 'latch quad' (que puede almacenar cuatro bits) y el 'latch octal' (ocho bits). Los latches pueden ser dispositivos biestables asíncronos que no tienen entrada de reloj y cambian el estado de salida solo en respuesta a datos de entrada, o bien biestables síncronos por nivel, que cuando tienen datos de entrada, cambian el estado de salida sólo si lo permite una entrada de reloj.

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

Flip-Flop S-R  (Set-Reset)

La siguiente figura muestra una forma posible de implementar un Flip-Flop S-R. Utiliza dos compuertas NOR. S y R son las entradas, mientras que Q y Q’ son las salidas (Q es generalmente la salida que se busca manipular.)

Como existen varias formas de implementar un Flip-Flop S-R (y en general cualquier tipo de Flip-Flop) se utilizan diagramas de bloque que representen al Flip-Flop. El siguiente diagrama de bloque representa un FF S-R. Nótese que ahora, por convención, Q se encuentra en la parte superior y Q’ en la inferior.

Para describir el funcionamiento de un FF se utilizan las llamadas Tablas de Estado y las Ecuaciones Características. La siguiente tabla muestra la tabla de estado para un FF S-R.

S	R	Q	Q+
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	-
1	1	1	-

Como encabezado de las columnas tenemos las entradas S y R, y una de las salidas Q. La salida Q es la salida que en un tiempo t se puede detectar en el FF, es decir, es la salida en el tiempo actual. Q+ es la salida en el tiempo  , una vez que se ha propagado la señal en el circuito. Por lo tanto  , es decir, es la salida que tendrá Q en el futuro – una vez que se haya realizado la propagación.

Si analizamos la tabla de estado, vemos que para si S = 0, R = 0 y Q = 0 ó 1, la salida futura de Q (Q+) será siempre lo que se tenía antes de la propagación. A este estado (S = 0, R = 0) se le conoce por tanto como estado de memoria.

Viendo ahora el caso S = 0, R = 1, se aprecia que siempre Q+ = 0 sin importar el valor de Q antes de la propagación, es decir, se hace un reset de Q. Si por el contrario, se tiene S = 1, R = 0, entonces Q+ = 1 en ambos casos, por tanto se hace un set de Q.

Finalmente, nótese que la combinación S = 1, R = 1 no es valida en el FF S-R. La razón es que dicho estado vuelve inestable al circuito y, como una de las características de todo FF es que el estado es estable, al usar dicha combinación se esta violando este principio de los FF.

Ahora, si se mapea la información de la tabla de estado del FF S-R en un mapa de Karnaugh, se obtiene la siguiente ecuación característica:  . Esta ecuación describe también el funcionamiento. Nos dice que Q+ será 1 siempre y cuando se haga un set del FF o el reset no esta activado y la salida tiene un 1 en ese momento.

Flip-Flop T

El Flip-flop T cambia de estado en cada pulso de T. El pulso es un ciclo completo de cero  a 1. Las siguientes dos figuras muestran el diagrama de bloque y una implementación del FF T mediante un FF S-R y compuertas adicionales.

Nótese que en la implementación del FF T, las dos entradas del FF S-R están conectadas a compuertas AND, ambas conectadas a su vez a la entrada T. Además, la entrada Q esta conectada a R y Q’ a S. Esta conexión es así para permitir que el FF S-R cambié de estado cada que se le mande un dato a T. Por ejemplo, si Q = 1 en el tiempo actual, eso significa que Q’ = 0, por lo tanto, al recibir T el valor de 1, se pasaran los valores de R = 1 y S = 0 al FF S-R, realizando un reset de Q.

La siguiente tabla muestra el comportamiento del FF T y del FF S-R en cada pulso de T

T		S	R		Q	Q´
0		0	0		0	1
1		1	0		1	0
0		0	0		1	0
1		0	1		0	1
0		0	0		0	1
1		1	0		1	0

La tabla de estado para el FF T se presenta a continuación. Es muy sencilla: cuando T = 0 el estado de Q no cambia, es decir Q = Q+ (estado de memoria), cuando T = 1,  Q es complementada y, por lo tanto, Q+ = Q’.

Tabla de estado para el FF T

T	Q	Q+
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

De la tabla de estado anterior, se obtiene la siguiente ecuación característica para el FF T

Q+ = T ’Q + TQ´ = T Å Q

Ahora bien, analicemos un poco más el comportamiento del FF T y tratemos de responder la siguiente pregunta: ¿Qué pasa si T=1 por mucho tiempo?

Los valores de S y R cambiarían constantemente de la siguiente manera:

S =   0-> 1 -> 0 -> 1

R=    1-> 0 ->1 -> 0

es decir, el FF empezaría a oscilar y por tanto no mantendría el estado (inestable.) Por lo tanto, la mayoría de los FF utilizan un reloj para determinar en que momento se tomará en cuenta el valor que se encuentre en la entrada del FF. La siguiente figura muestra un FF T con reloj (CK)

                                          

Nótese que la entrada marcada como CK tiene un círculo. Este círculo indica que el FF tomará en cuenta la entrada del FF cuando el pulso del reloj sea cero (0). Si es uno (1), la entrada no será tomada en cuenta.

Flip-Flop   J-K

El flip-flop J-K es una mezcla entre el flip-flop S-R y el flip-flop T. Esto ocurre de la siguiente manera:

	En J=1, K=1  actúa como Flip-flop T
	De otra forma, actúa como flip-flop S-R

El siguiente diagrama de bloque es el perteneciente el FF J-K

Una implementación tentativa de un FF J-K a partir de un FF S-R sin reloj es la siguiente:

La tabla de estado aparece a continuación. Note que es muy parecida a la del FF S-R solo que ahora los estados de J=1 y K=1 sí son validos.

Tabla de estado del FF J-K

J	K	Q	Q+
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	0

De la tabla anterior se obtiene la siguiente ecuación característica mediante mapas de Karnaugh:  . Este flip-flop es uno de los más comunes con reloj. El siguiente diagrama lo muestra con  entrada para reloj:

Flip-Flop D (Delay)

El flip-flop D  es uno de los FF más sencillos. Su función es dejar pasar lo que entra por D, a la salida Q, después de un pulso del reloj. Es, junto con el FF J-K, uno de los flip-flops mas comunes con reloj. Su tabla de estado se muestra a continuación:

D	Q	Q+
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	1

De la tabla se infiere que la ecuación característica para el FF D es: Q+= D. El siguiente diagrama de bloques representa este flip-flop.  

b. Video tutorial editado y subtitulado explicando las experiencias hechas en el laboratorio:

c. Observaciones y conclusiones. ¿Qué he aprendido de esta experiencia? (en modo texto)

Observaciones.

• Se tuvo muchos inconvenientes con los display porque no se encontraban en buen estado para realizar las pruebas correspondientes en el laboratorio.
• Para el desarrollo del circuito de este laboratorio se realizaron tanto pruebas fisicas en el protoboard como virtuales en el programa de simulación.

Conclusiones.

• Los flip flops con un decodificador pueden generar números decimales para que el display no empiece a mostrar las letras.
• Para que el display pueda hacer una cuenta regresiva se tuvo que negar las salidas del flip flip al otro por ello es display iniciaba a contar desde el quince hasta el uno.
• El funcionamiento de los flip flops se aplican en aparatos electrónicos que puedan realzar funciones de suma.

d. Integrantes 

• Rusbel Quispe Mamani
• Arotaipe Mayna Edison
• Toledo Copa Rodrigo