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EL - 3307Diseño Lógico

Ing. José Alberto Díaz García

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Circuitos Secuenciales



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Agenda

• Introducción • El biestable• Diseño de flip flops• Diseño de flip flops tipo D• Diseño de flip flops tipo T• Diseño de flip flops tipo S-R• Diseño de flip flops tipo J-K• Diseño de circuitos• Conclusiones



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Introducción• Los circuitos combinacionales son buenos en

situaciones donde se requiere la aplicación inmediata de una función Booleana bajo la presencia de alguna combinación de entradas.

• Existen otras ocasiones en que se quiere que el circuito cambie bajo consideraciones de las entradas y de su estado.

– Este circuito debe de “recordar” en que estado se encuentra.

• Los circuitos lógicos secuenciales nos permiten este tipo de funcionamiento.



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Introducción• Como su nombre lo indica, los circuitos

lógicos secuenciales requieren de un medio por medio del cual los eventos pueden secuenciarse.

• Los cambios de estado del circuito se controlan por medio de una señal de reloj.– Un reloj es un circuito especial que envía pulsos

eléctricos a través del circuito.

• Los relojes producen señales como la que se muestra.



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Introducción• Los cambios de estado ocurren en los

circuitos secuenciales solo en los pulsos de reloj.

• Los circuitos pueden cambiar en el borde creciente (rising edge), en el decreciente (falling edge) o cuando el pulso de reloj alcanza su máximo voltaje.



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Introducción • Los circuitos que cambian su estado en el

borde creciente o decreciente se llaman “disparados por borde” (edge-triggered).

• Los circuitos disparados por nivel (Level-triggered) cambian su estado cuando la señal de reloj alcanza su máximo o mínimo valor de voltaje.



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Introducción

• Para mantener su estado es necesario que el circuito sea realimentado.

• La realimentación en los circuitos digitales ocurre cuando la salida presente del circuito es una función del estado anterior y de las entradas presentes.



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Elementos de memoria

• Los elementos lógicos que dependen del tiempo para su operación y que pueden o no contener lazos de realimentación en su circuito básico reciben el nombre de elementos de memoria.

• Los circuitos de memoria se caracterizan por su capacidad de adoptar dos estados diferentes y ser por lo tanto capaces de almacenar un bit de información.



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El biestable (Celda Binaria)• Se utiliza para realizar

muchos tipos de memoria.

• Consiste de un circuito con dos compuertas con entradas realimentadas.

• Su comportamiento deja de ser combinacional

• La salida dependerá no solo del estado de las entradas sino que también del estado interno de la celda.



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El biestable (Celda Binaria)

• Este biestable se activa con la señal Po=0 y se desactiva con la señal Co=0

• La combinación PoCo=(00) estáprohibida

• Po= Preestablecer (Poner) (SET)

• Co= Limpiar, Borrar (RESET)



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Funcionamiento

• Una señal de comando en el terminalPo de un biestable causa una salida QQ=(1,0) y nuevos comandos en ese mismo terminal no tienen efecto.

0

1 0

0 1

1



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Funcionamiento• Simultáneamente, un comando en el terminal Co

limpiar, causa una salida QQ=(0,1), y nuevos comandos en el mismo terminal no tienen efecto.

• Los comandos Po=0, Co=0 no pueden aplicarse simultáneamente.

1

0 1

1 0

0



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Análisis de comportamiento

PERMANECE(1110)(0111)1111

PERMANECE(1110)(1110)1110

PERMANECE(1101)(1101)1101

PERMANECE(1101)(1110)1100

SE PONE(1010)(1010)1011

SE PONE(1010)(1010)1010

SE PONE1011 (1010)1011 (1010)1001

SE PONE1001 1011 (1010)(1010)1000

SE BORRA(0101)(0101)0111

SE BORRA0111 (0101)0111 (0101)0110

SE BORRA(0101)(0101)0101

SE BORRA0110 0111 (0101)0110 0101 (0101)0100

Condición prohibida(0011)(0011)0011



Condición prohibida0001 (0011)(0011)0000

C+P+Q+Q+C+P+Q+Q+CPQQ

ComentarioPARTE B estados subsiguientes. La

compuerta 2 actúa de primero

PARTE A estados subsiguientes. La

compuerta 1 actúa de primero

Estados iniciales del sistema



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Simplificación• Utilizando mapas K, se pueden

obtener las funciones para las salidas en un tiempo después.



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X 1

1X 1

1XX

CQPQQPCQ +=+ ),,,(

MAPA PARA Q+

XX 0 0

XX 10



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X 1

0X 0

1XX

QPCQQPCQ +=+ ),,,(

MAPA PARA Q+

XX 1 1

XX 01



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TABLA DE VERDAD

SE MANTIENE

SE MANTIENE11

0101

1010

PROHIBIDOPROHIBIDO00

QQPC

SALIDASENTRADAS



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FLIP FLIPS

• “Un biestable, también llamado báscula (flip-flop en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información.”http://es.wikipedia.org/wiki/Biestable



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DISEÑO DE FLIP FLOPS

• Para el diseño de Flip Flops se utiliza el concepto de un decodificador para el manejo de la celda binaria.

• El diseño de cualquier flip flop se puede reducir a la utilización de una celda binaria para memorizar un estado y un decodificador que permita manejar sus los estados de las entradas.



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DISEÑO DE FLIP FLOPS

SETQ

RESET

Q

DECODIDFICADOR

Entradas de

control del FF

Señal de reloj



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TIPOS DE FLIP FLOPS

• De acuerdo al decodificador que maneja las entradas del biestable, los flip flops se agrupan en:– Tipo D (latch)– Tipo T (Toggle)– Tipo S-R– Tipo J-K



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Diseño de un Flip Flop Tipo D

• Se caracteriza porque solo posee una única entrada de datos y una entrada de reloj y ofrece dos salidas Q y Q.

• Los cambios siempre se realizan si solo si se detecta un pulso de reloj ya sea por su borde positivo o el negativo.

• Se utilizan para implementar registros donde se almacenan temporalmente datos



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DISEÑO DE UN FLIP FLOP TIPO D



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COMPORTAMIENTO DE UN FLIP FLOP TIPO D

0X1111

011011

100101

X00001

RESETSETQn+1QnDCLK

SALIDASENTRADAS



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SIMPLIFICACION

11

00

00

11

SET RESET

00 01

10 11

00 01

10 11D D

QNQN

SET = D * CLK RESET = D * CLK



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DECODIFICADOR PARA IMPLEMENTAR UN FLIP FLOP TIPO D



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HOJA DE DATOS



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DISEÑO DE UN FLIP FLOP TIPO T



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COMPORTAMIENTO DE UN FLIP FLOP TIPO T

100111

011011

0X1101

X00001

RESETSETQn+1QnTCLK

SALIDASENTRADAS



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SIMPLIFICACION

01

X0

10

0X

SET RESET00 01

10 11

00 01

10 11

T T

QNQN

RESET = T * QN * CLKSET = T * QN * CLK



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DECODIFICADOR PARA UN FLIP FLOP TIPO T



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HOJA DE DATOS

• No hay flip flops comerciales del tipo T ya que estos se pueden implementar utilizando J-K.



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DISEÑO DE UN FLIP FLOP TIPO S-R



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COMPORTAMENTIO DE UN FLIP FLOP TIPO S-R

1X01111XX001110X1101101100111001101X0001010X11001X000001

RESETSETQN+1QNRSCLK

SALIDASENTRADAS



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SIMPLIFICACIÓN

XXX1

00X0

1X00

X10X

SET RESET

S

R

S

R

QN QN

0 1 23 0 1 23

4 5 67 4 5 67

RESET = R * CLKSET = S * CLK



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DECODIFICADOR PARA UN FLIP FLOP TIPO S-R



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HOJA DE DATOS



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DISEÑO DE UN FLIP FLOP J-K



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COMPORTAMIENTO DE UN FLIP FLOP TIPO J-K

100111101101110X1101101100111001101X0001010X11001X000001

RESETSETQN+1QNKJCLK

SALIDASENTRADAS



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SIMPLIFICACIÓN

10X1

00X0

0100

X10X

SET RESET

S

R

S

R

QN QN

0 1 23 0 1 23

4 5 67 4 5 67

RESET = K * QN * CLKSET = J * QN* CLK



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DECODIFICADOR DE UN FLIP FLOP TIPO J-K



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HOJA DE DATOS



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Latches vs. Flip-flops

• Latches: las salidas cambian cuando hay cambios en las entradas– Unclocked latch: R-S latch

• Flip-flops: las salidas cambian solo respecto a una transición de reloj (no transparente)– Trailing-edge triggered (disparo por borde

negativo): el reloj pasa de 1 0– Leading-edge triggered (disparo por borde

positivo): el reloj pasa de 0 1



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Diseño de circuitos

• Hemos visto los circuitos digitales desde dos puntos de vista: análisis digital y síntesis digital.– Análisis digital: explora la relación entre las entradas

del circuito y sus salidas.– Síntesis digital: crea diagramas lógicos utilizando los

valores especificados en las tablas de verdad.

• Los diseñadores de sistemas digitales también deben tener en mente el comportamiento físico de los circuitos donde incluyan tiempos de propagación que ocurren desde el momento en que se energiza el circuito hasta que la salida se estabiliza.



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Diseñando circuitos

• Los diseñadores digitales tienen relación con los programas computacionales para crear circuitos eficientes.– Los programas son fundamentales para la

construcción de un mejor hardware.

• Por supuesto, los programas son en realidad una colección de algoritmos que son implementados en hardware.– Esto apunta al principio de equivalencia entre

el hardware y el software.



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Diseñando circuitos

• Cuando necesitamos implementar un algoritmo y su velocidad de ejecución debe ser lo menor posible, se prefiere una solución por hardware.

• Esta es la idea en los sistemas empotrados (embedded systems), los cuales son pequeños computadores de aplicación específica.

• Los sistemas empotrados requieren de una programación especial que demanda un conocimiento de operación de los circuitos digitales.



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Conclusión• Los computadores son implementaciones de lógica

Booleana.• Las funciones Booleanas se describen completamente por

medio de tablas de verdad.• Las compuertas lógicas son pequeños circuitos eléctricos

que implementan operadores lógicos.• Los computadores consisten de circuitos lógicos

combinacionales y secuenciales• Los circuitos combinacionales producen salidas

inmediatamente después de que sus entradas cambian.• Los circuitos secuenciales requieren de las señal de reloj

para producir cambios en las salidas• Los circuitos secuenciales básicos son los flip flops.• El comportamiento de los circuitos secuenciales puede ser

expresado utilizando tablas de comportamiento.

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