CIRCUITOS LGICOS SECUENCIALESAsignatura: Electrnica DigitalDocente:Paolo Castillo Rubio

INTRODUCCINLos circuitos lgicos se clasifican en dos grupos: combinacionales (con las compuertas AND, OR y NOT) y secuenciales (que involucran dispositivos de temporizacin y de memoria). El bloque funcional bsico de los circuitos lgicos combinacionales es la compuerta lgica, mientras que para el caso de los circuitos lgicos secuenciales es el flip-flop (FF).

El flip-flop tipo R-SLa figura muestra el smbolo lgico del FF R-S. ste cuenta con dos entradas (set y reset) y dos salidas (normal y complemento). Este FF se conoce tambin como latch R-S, donde su nombre hace referencia a que puede almacenar un bit de informacin.

La tabla de verdad muestra la operacin del FF R-S. El primero de los casos no cumple el complemento de la salida, por lo que se conoce como estado prohibido y no se utiliza.

Los FF R-S pueden comprarse como CI (circuito integrado) o cablearse a partir de compuertas lgicas. En la figura, se muestra el cableado del FF R-S a travs de compuertas NAND.

El flip-flop R-S temporizadoEn la figura, se muestra el smbolo lgico de este FF R-S, que difiere del original solo por su entrada extra identificada como CLK (reloj). Las salidas cambian solo ante un pulso de ste, por lo que se dice que opera de manera sncrona.

A continuacin se muestra la correspondiente tabla de verdad. Resulta importante que una vez que se halla en set o reset, permanece en ese estado aun cuando cambien algunas de las entradas, sta es una caracterstica de memoria.

Los FF R-S temporizados pueden cablearse a partir de compuertas lgicas. En la figura, se muestra el cableado del FF R-S temporizado a travs de compuertas NAND.

El flip-flop tipo DSolo cuenta con una entrada de datos (D) y una de reloj (CLK), tambin es llamado FF con retardo, ya que la entrada de datos sufre un retardo de un pulso de reloj para llegar a la salida Q. En la figura se muestra su smbolo lgico y tabla de verdad simplificada.

Los FF tipo D pueden cablearse a partir de compuertas lgicas (NAND). Equivale, tambin a un FF R-S temporizado, si se agrega un inversor, como se muestra en la figura.

El flip-flop J-KTiene las mismas caractersticas de los FF anteriores, pero posee una regin de activacin, en la que los pulsos del reloj, activan y desactivan la salida alternadamente.

A continuacin se muestra la correspondiente tabla de verdad. La principal caracterstica, es que este FF no cuenta con regin prohibida, que es reemplazada por la de activacin, por este motivo se le considera como el flip-flop universal.

ContadoresLa tarea de un contador, como es evidente, consiste en contar eventos o periodos o colocar eventos en determinada secuencia. Asimismo, los contadores efectan otras tareas no tan obvias: dividen la frecuencia, direccionan y sirven como unidades de memoria. Estos contadores se forman utilizando como base los flip-flops.

Contadores de rizo o asncronosEstn formados por FF J-K (no se disparan a la vez) con sus entradas de datos en 1, para estar en regin de activacin. Cada pulso de reloj, genera una reaccin en cadena (rizo) a travs del contador. A continuacin veremos el contador mdulo 16 (cuenta con 16 estados diferentes) o contador de 4 bits (cuenta desde 0000 a 1111).

La figura muestra, el contador de 4 bits, que utiliza 4 FF J-K, el que realiza un conteo binario.

Contador de rizo mdulo 10Este contador realiza una cuenta decimal (0 a 9), pero en binario (0000 a 1001). Para implementarlo, al contador de rizo se le agrega una compuerta NAND, para poner en cero todos los FF despus de la cuenta 1001.

Contadores sncronosPara efectuar operaciones en alta frecuencia, es necesario que todas las etapas del contador disparen al mismo tiempo, para esto se le conecta en paralelo a cada FF J-K, la seal de reloj (CLK). Analizaremos el contador sncrono de 3 bits (mdulo 8), cada FF J-K se utiliza en su modo de activacin (J y K en 1) o en su modo de almacenamiento (J y K en 0).

La figura muestra el contador sncrono mdulo 8.

Registros de desplazamientoUn registro es un grupo de celdas de memoria agrupadas y consideradas una sola unidad. Puede utilizarse para almacenar informacin o para que acte sobre los datos, como es el caso del registro de desplazamiento que modifica su contenido si se desplazan los datos. Las caractersticas principales de ste seran: memoria y corrimiento.

Existen 4 categoras de registros de desplazamiento:Entrada serial, salida serialEntrada serial, salida paraleloEntrada paralelo, salida serialEntrada paralelo, salida paralelo

Registro de desplazamiento de carga serieEn la figura se muestra el registro de desplazamiento de 4 bits, ste se construye a partir de 4 FF tipo D, que crean un retardo sucesivo. Carga serie indica que se puede ingresar de un dato a la vez.

ste acepta carga en paralelo, en este caso de 4 bits, lo que quedan almacenados en los FF tipo D.Registro de desplazamiento de carga paralelo

Circuitos generadores de relojLos FF tienen dos estados estables; por ende se puede decir que son multivibradores (MV) estables. Los MV de un disparo tienen un estado estable, por lo que se pueden llamar MV monoestables. Un tercer tipo de MV no tiene estados estables; se llama MV astable o de operacin libre. Este tipo de circuito lgico cambia hacia delante y hacia atrs (oscila) entre dos estados de salida inestables. Es til cuando se quieren generar seales de reloj para circuitos digitales sncronos.

Oscilador con disparo tipo SchmittUn inversor con disparo tipo Schmitt (diseado para aceptar seales que cambian lentamente y produce una salida con transiciones libres de oscilaciones), se puede conectar como oscilador, de la siguiente manera:

Temporizador 555 usado como MV astableUn temporizador 555 puede operar como un oscilador de operacin libre, mediante la siguiente configuracin:

Generadores de reloj controlados por cristalLas frecuencias de salida de las seales de los circuitos generadores de reloj antes descritas dependen de los valores de las resistencias y capacitores, y de esta manera, no son extremadamente precisos o estables. Si la precisin y estabilidad de la frecuencia son crticas, se debe utilizar un generador de reloj controlado por cristal, que utiliza un cristal de cuarzo cortado a un tamao y forma especfico para que vibre (resuene) a una frecuencia exacta, y sea extremadamente estable sin importar la temperatura y el envejecimiento.Los osciladores de cristal estn disponibles como encapsulados de CI y son utilizados en todos los sistemas basados en microprocesadores.

CONVERSORES A/DUn convertidor anlogo a digital, es un tipo especial de codificador, que convierte una entrada analgica en informacin digital. En la figura se muestra un esquema bsico de un convertidor de 4 bits.

La correspondiente tabla de verdad sera:

A continuacin se muestra el diagrama de un convertidor A/D tipo rampa.

Formas de onda del conversor A/D tipo rampa, cuando se aplican 3 V.

Especificaciones del conversor A/DTipo de Salida. Puede ser binaria o decimalResolucin. Est dada por el nmero de bits en la salida tipo binario y por la cantidad de dgitos en la tipo decimalPrecisin. Con salida binaria se hallan en el rango de ms menos 0,5 LSB a 2 LSB, con salidas digitales entre 0,01 y 0,05% de exactitud (precisin total de un conversor A/D, sumando todos los errores inherentes)Tiempo de conversin. Tiempo que le toma convertir el voltaje analgico de entrada en datos binarios (o decimales)

CONVERSORES D/ASi se requiere convertir un nmero binario de una unidad de procesamiento a una salida de 0 a 3 V, se debe trabajar de manera inversa que con la conversin A/D.

La correspondiente tabla de verdad sera:

Conversor D/A bsicoLa figura muestra el conversor D/A bsico conformado por dos secciones: la red de resistencias y el amplificador sumador.

Conversor D/A tipo escaleraTiene como gran ventaja, la utilizacin solo de dos valores de resistencias, por lo que se le suele llamar convertidor D/A tipo escalera R-2R.

REFERENCIASTocci, R & Widmer, N. (2003). Sistemas digitales. Principios y aplicaciones (8 Ed.). Pearson Educacin: Mxico.

Tokheim, R. (2008). Electrnica digital. Principios y aplicaciones (7 Ed.). McGraw-Hill Interamericana: Mxico.