SISTEMAS DIGITALES

Los sistemas digitales son combinaciones de dispositivos

diseñados para manipular cantidades físicas o información que

estén representadas en forma digital, es decir que solo pueden

tomar valores discretos. Los sistemas digitales utilizan el sistema

de numeración binaria, cuya mínima unidad tiene un valor que se

especifica como una de dos posibilidades 0 o 1, ALTO o BAJO y

se denomina bit.

Los Circuitos Combinacionales

Se caracterizan porque la salida en cada instante

depende única y exclusivamente de las entradas en ese

mismo (carecen de memoria)..

Circuito Secuencial Es aquel que posee la capacidad de recordar de alguna manera su

historia anterior, es decir, la secuencia de operaciones a la que ha

sido sometido. Ejemplo: la propia memoria de un computador.

Un circuito cuya salida depende no solo de la combinación de entrada,

sino también de la historia de las entradas anteriores se denomina

Circuito Secuencial. La historia de las entradas anteriores en un

momento dado se encuentra resumida en el estado del circuito, el cual

se expresa en un conjunto de variables de estado.

El circuito secuencial debe ser capaz de mantener su estado durante algún

tiempo, para ello se hace necesario el uso de dispositivos de memoria. Los

dispositivos de memoria utilizados en circuitos secuenciales pueden ser tan

sencillos como un simple retardador (inclusive, se puede usar el retardo natural

asociado a las compuertas lógicas) o tan complejos como un circuito completo de

memoria denominado multivibrador biestable o Flip Flop.

Como puede verse entonces, en los circuitos secuenciales entra un factor

que no se había considerado en los combinacionales, dicho factor es el

tiempo. De hecho, los circuitos secuenciales se clasifican de acuerdo a la

manera como manejan el tiempo en circuitos secuenciales síncronos y

circuitos secuenciales asíncronos.

Circuito Secuencial Asíncrono

Los cambios de estado ocurren al ritmo natural marcado por los retardos

asociados a las compuertas lógicas utilizadas en su implementación, es

decir, estos circuitos no usan elementos especiales de memoria, pues se

sirven de los retardos propios (tiempos de propagación) de las compuertas

lógicas usados en ellos. Esta manera de operar puede ocasionar algunos

problemas de funcionamiento, ya que estos retardos naturales no están bajo

el control del diseñador y además no son idénticos en cada compuerta lógica.

Circuitos Secuenciales Síncronos

Sólo permiten un cambio de estado en los instantes marcados por una señal de

sincronismo de tipo oscilatorio denominada reloj. Con esto se pueden evitar los

problemas que tienen los circuitos asíncronos originados por cambios de estado

no uniformes en todo el circuito. Un circuito secuencial puede entenderse

simplemente como un circuito combinacional en el cual las salidas dependen

tanto de las entradas como de las salidas en instantes anteriores, esto implica

una retroalimentación de las salidas.

Los Lathes Son los elementos de memoria más sencillos

capaces de almacenar un (1) bit. Se usan como bloques

básicos en la construcción de biestables. El latch (ò cerrojo)

es un tipo de dispositivo de almacenamiento temporal de

dos estados (biestables), que se suele agrupar en una

categoría diferente a la de los flip-flops. Básicamente, los

latches son similares a los flip-flops, ya que son también

dispositivos de dos estados que pueden permanecer en

cualquier de sus dos estados gracias a su capacidad de

realimentación, lo que consiste en conectar (realimentar)

cada una de las salidas a la entrada opuesta. La diferencia

principal entre ambos tipos de dispositivos esta en el

método empleado para cambiar de estado.

Conceptos Generales

Latch’s S-R Los latches a diferencia de los Flip-Flops no necesitan una señal de reloj

para su funcionamiento.

El más simple latch’s lógico es el RS, donde R y S permanecen en estado

'reset' y 'set'. El latch es construido mediante la interconexión

retroalimentada de puertas lógicas NOR (negativo OR), o bien de puertas

lógicas NAND (aunque en este caso la tabla de verdad tiene salida en

lógica negativa para evitar la incongruencia de los datos). El bit

almacenado está presente en la salida marcada como Q.

Latch S-R con entradas activas a nivel alto

(Biestable RS con compuertas NOR)

El latch R-S (Reset-Set) con entrada activa a nivel alto es un tipo de dispositivo

lógico biestable con dos salidas Q Q (una la complementaria de la otra),

compuesto de dos puertas NOR acopladas tal y como muestra la Figura X-X. Se

puede observar que la salida de cada puerta NOR se conecta a la entrada de la

puerta opuesta.

Latch S-R con entradas activas a nivel Bajo (Biestable RS con compuertas

NAND)

El latch R-S (Reset-Set) con entrada activa a nivel bajo es un tipo de dispositivo

lógico biestable compuesto de dos puertas NAND acopladas

Latch D (Latch D con entrada de habilitación)

Existe otro tipo de latch con entrada de habilitación que se denomina latch D. Se

diferencia del latch S-R en que sólo tiene una entrada (D), además de la de

habilitación.

Aplicaciones de los latches

Un biestable puede usarse para almacenar un bit. La

información contenida en muchos biestables puede

representar el estado de un secuenciador, el valor de un

contador, un carácter ASCII en la memoria de un

ordenador, o cualquier otra clase de información. Un uso

corriente es el diseño de maquinas de estado finitas

electrónicas. En los libros hay aplicaciones donde se

acostumbra a clasificarlos en tres grandes grupos:

Contadores (y divisores de frecuencia) registros y

máquinas de estado finitas (autómatas).

Almacenamiento de datos en paralelo División de

frecuencia Contadores

Diferencias entre un latch y un flip flop

La diferencia básica entre latches y flip-flops es la manera en que cambian de un

estado a otro: los latches son biestables activos por nivel, los flip-flop son

biestables activos por flancos de bajada o de subida de una señal de entrada

llamada reloj (CLK). Los flip-flops son dispositivos síncronos. El término síncrono

significa que la salida cambia de estado únicamente en un instante específico de

una entrada de disparo (reloj), es decir, los cambios en la salida se producen

sincronizadamente con el reloj.

Podemos encontrar dos tipos de flip-flops:

• Los que son disparados por el flanco de subida de la señal de reloj.

• Los que son disparados por el flanco de bajada de la señal de reloj.

Flip-flop S-R

Se asemeja al latch R-S excepto en que el circuito sólo

responde a sus entradas en el flanco ascendente o

descendente de la señal de reloj, se asemejan a los de los

latches con entrada de habilitación, excepto en que esta

última entrada se reemplaza por una entrada de reloj.

En ausencia de la transición de reloj el flip-flop permanece

en su modo de memoria, correspondiente a un flip-flop

disparado con flanco de subida.

El funcionamiento de un flip-flop R-S activado por flanco

descendente es, por supuesto, idéntico, excepto que el

disparo tiene lugar en el flanco de bajada de la señal de reloj

(cuando cambia de ‘1’ a ‘0’).

Flip-flop D disparado por flanco

Su comportamiento es similar al del latch D descrito

con anterioridad, la salida del flipflop tipo D se

igualará a la entrada en el instante en el que se

produzca el flanco ascendente o descendente

(según el tipo de flip-flop) de la señal de reloj (CLK).

Flip-flop JK disparado por flanco El flip-flop J-K se comporta como el flip-flop R-S a excepción de que

resuelve el problema de tener una salida indeterminada cuando las

entradas se encuentran activas a la vez. La entrada J es la equivalente a

la entrada S de un flip-flop R-S y la entrada K, al equivalente a la entrada

R.

Flip-Flop maestro-esclavo

En muchos sistemas digitales es necesario sincronizar el funcionamiento de un

gran número de circuitos con una sola señal de reloj. En la Figura 3-13 se

muestra un ejemplo en el que la salida de un flip-flop se une a la entrada de otro

y se sincronizan ambos con la misma señal de reloj