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TEMA 6: ANLISIS DE CIRCUTIOS CON BIESTABLES

1. INTRODUCCIN.

Los circuitos secuenciales, al igual que los circuitos combinacionales, estn constituidos

por puertas lgicas. Un circuito combinacional es aquel en el que las salidas dependen

del valor de las entradas en cada instante. Estos circuitos son circuitos sin memoria

puesto que no recuerdan lo que sucedi en el instante anterior.

Los circuitos secuenciales tienen memoria y su salida depende del estado de sus

entradas y de lo que ocurri en el instante anterior.

Los circuitos secuenciales se dividen en sncronos y asncronos.

Sncronos: son los circuitos que necesitan una seal de reloj procedente de un generador externo al propio circuito que funciona como llave y hasta que no se

aplica no son efectivos los valores presentes en las entradas.

Asncronos: son aquellos que no poseen entrada de reloj.

En este tema vamos a estudiar los biestables que son circuitos secuenciales ms

elementales, capaces de almacenar la informacin contenida en ellos.

2. BIESTABLES.

Los biestables son circuitos secuenciales constituidos por puertas lgicas capaces de

almacenar un bit que es la informacin binaria ms elemental.

Figura 2.1.- Clasificacin de los biestables

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2.1 Biestables asncronos.

2.1.1. Biestable RS asncrono.

El biestable RS asncrono es un circuito con dos entradas: Reset (puesta a 0) y Set

(puesta a 1). Tambin posee dos salidas Q y . Se puede construir con puertas NOR o

con puertas NAND.

Figura 2.2.- Esquema del circuito

Figura 2. 3.- Bloque funcional

La tabla de verdad del biestable RS es la siguiente.

R S Qt+1 0 0 Qt 0 1 1

1 0 0

1 1 *

El asterisco significa estado prohibido. Nunca pueden darse estos estados en las

entradas. A continuacin se presenta un cronograma temporal que explica el

funcionamiento del biestable RS.

Figura 2.4.- Cronograma de un biestable RS asncrono

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El biestable RS con puertas NAND sera el siguiente:

Figura 2.5.- Esquema y tabla de verdad de un biestable RS con puertas NAND

2.1.2. Biestables J-K asncronos

La construccin del biestables J-K se realiza a partir del biestable R-S al que se le

aade en sus entradas dos puertas AND, quedando de la siguiente manera:

Figura 2.6.- Esquema y tabla de verdad de un biestable JK

Podemos observar en este circuito que nunca se va a producir el estado prohibido en

el biestable R-S ya que es imposible que R y S sean 1 simultneamente.

Si Q=0, Q=1 S=J*Q=J*1=J J=0 J=1 R=K*Q=K*0=0

Si Q=1, Q=0 S=J*Q=0 R=k*Q=K*1=Kk=0 K=1

2.1.3. Biestable T asncrono

Se construye a partir de un biestable J-K, uniendo las entradas J y K. Cuando en la

entrada se introduce un 0, la salida del biestable permanece constante y cuando se

introduce un uno cambia a lo contrario de lo que haba antes.

R S Qt+1 0 0 * 0 1 0

1 0 1

1 1 Qt

J K Qt+1 0 0 Qt 0 1 0

1 0 1

1 1 t

Q

.

T

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Figura 2.7.- Esquema, tabla de verdad y cronograma de un biestable T

2.2. Biestables sncronos activados por nivel

Los biestables sncronos incorporan una seal de reloj (CLK) que activar el

biestable. Esta seal es la que indicar cundo podrn actuar las entradas en el

biestable.

Figura 2.8.-Representacin temporal de una seal de reloj.

Los biestables sncronos pueden ser:

Activados por nivel: alto o bajo

Activados por flanco: de subida o de bajada

2.2.1. Biestables sncrono RS activado por nivel alto

Figura 2.9.-Esquema y tabla de verdad de un biestable RS sncrono activado por nivel.

Figura 2.10.-Cronograma de un biestable RS sncrono activado por nivel.

T Qt+1 0 Qt 1 t

R S Clk Qt+1 - - 0 Qt 0 0 1 Qt

0 1 1 1

1 0 1 0

1 1 1 *

T

Q

CLK

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Las entradas del biestable RS sncrono activado por nivel solo sern efectivas

cuando la seal de reloj se encuentre en el nivel alto (cuando sea 1). Cuando la seal

de reloj sea cero (nivel bajo), aunque cambien las seales de entrada, la salida

permanecer constante.

2.2.2. Biestables sncrono JK activado por nivel alto

Figura 2.11.-Esquema de un biestable sncrono JK activado por nivel.

El funcionamiento de este biestable es muy similar al biestable RS sncrono

activado por nivel. Los cambios en la salida del biestable solamente se producirn

cuando la seal de reloj est a 1.

Figura 2.12.- Cronograma de un biestable sncrono JK activado por nivel.

2.2.3. Biestables sncrono D activado por nivel alto

Figura 2.13.-Esquema y cronograma de un biestable D sncrono activado por nivel.

J K Clk Qt+1 - - 0 Qt 0 0 1 Qt

0 1 1 1

1 0 1 0

1 1 1 t

D

CLK

Q

.

J

K

Q

.

J

K

CLK

CLK

J

CLK

Q

. K

CLK

J

K

Q

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2.3. Biestables sncronos activados por flanco

Ahora se evaluar el estado del biestable cuando se produzca un flanco de subida o de

bajada en la seal de reloj.

En los biestables activados por nivel, los cambios producidos en las entradas se reflejan

a la salida cuando la seal de reloj est en el nivel activo. Esta forma de funcionar puede

ocasionar problemas:

Cuando la conmutacin en las seales de entrada se realiza con una frecuencia alta, ya que las entradas de los biestables pueden ser funcin de su propia salida.

Mientras que la seal de reloj est cambiando, no deben variar el valor de las entradas.

2.3.1. Biestable D activado por flanco

Figura 2.14.-Esquema y cronograma de un biestable D sncrono activado por flanco de subida.

En este caso la seal de salida del biestable solamente podr cambiar en los instantes

en que se produzcan los flancos de subida o bajada de la seal de reloj, es decir,

cuando el reloj pase de 0 a 1 (flanco de subida) o cuando el reloj pase de 1 a 0

(flanco de bajada)

2.3.2. Biestable JK activado por flanco de bajada

Figura 2.15.-Esquema de un biestable JK sncrono activado por flanco de bajada.

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Figura 2.16.-Cronograma de un biestable JK sncrono activado por flanco de bajada.

2.3.3. Biestable T activado por flanco

Figura 2.17.-Esquema biestable T sncrono activado por flanco de bajada.

Figura 2.18.-Cronograma de un biestable T sncrono activado por flanco de bajada.

2.3.4. Seal de Clear y Preset

Figura 2.19.-Esquema de un biestable JK con las seales de Preset y Clear

Los bloques funcionales pueden disponer de otras entradas asncronas, es decir, que

funcionan independientemente de la seal de reloj. Estas entradas son:

Clear (CL): se utiliza para borrar los datos de salida. Pone el biestable a 0.

Preset (Pr): carga de informacin la salida. Pone el biestable a 1.

CLK

T

Q

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2.4.Biestable JK sincronizado por flacos Master-Slave

Figura 2.20.-Esquema de un biestable JK maestro esclavo

Cuando la seal de reloj pasa de nivel 0 al nivel 1 la informacin presente en las

entradas J y K pasan al primer biestable llamado master (maestro o primario) a

travs de las puertas Y1 e Y2. En este estado las entradas del segundo biestable,

llamado slave (esclavo o secundario) permanecen cerradas, ya que Y3 e Y4 son

cero. Al pasar la seal de reloj a nivel 0, la informacin almacenada en el maestro

pasa al esclavo porque ahora las puertas Y3 e Y4 estn abiertas. En estas

circunstancias las puertas Y1 e Y2 permanecen cerradas y como consecuencia los

cambios producidos en J y K no sern captados por el maestro.

En el flanco de subida se carga el maestro, mientras que en el flanco de bajada, se

transfiere la informacin del maestro al esclavo.

Figura 2.21.-Cronograma de un biestable JK maestro esclavo