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• Juan Bagur

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CIRCUITOS SECUENCIALES Introducción Hasta ahora se ha trabajado con circuitos combinacionales, aquellos circuitos en los que las salidas solamente dependen de las entradas en el mismo instante de tiempo. Ahora corresponde estudiar otro tipo de circuito digital, los llamados circuitos o sistemas secuenciales. Los circuitos secuenciales son aquellos circuitos en los cuales las salidas en un tiempo determinado dependen no solo de las entradas en ese momento, sino también de los estados anteriores de las salidas. Como resultado de esta definición se puede llegar a la conclusión de que estos circuitos tienen la capacidad de guardar información (poseen memoria), y que esta información depende de las entradas ocurridas en el circuito hasta este momento. El circuito no puede guardar todas las entradas ocurridas hasta el momento de estudio, sino que solamente puede guardar cierta parte. A la información almacenada se le denomina estado del sistema, por lo tanto el sistema puede guardar tanta información como estados posea, es decir, que el número máximo de informaciones almacenadas es el número de estados posibles del sistema.

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Diagrama de bloques de un circuito secuencial

Funciones de transición Un circuito o sistema secuencial está definido por dos funciones lógicas llamadas: funciones de transición.  

Función de salida: que nos indica cómo es la relación de las señales de salida con las señales de entrada actuales y la señal del estado actual. Función de transición de estado: que nos dice cuál es la dependencia del nuevo estado del estado anterior y de las entradas del sistema.

Función de salida La función de salida queda definida como: S(t) = F[E(t), Q(t)] Donde: S(t) = salidas en el instante de tiempo t. E(t) = entradas en el instante de tiempo t. Q(t) = estado del sistema en el instante de tiempo t.

Función de transición de estado Nos dice cómo cambia el estado dependiendo de las señales de entrada. Q(t+1) = G[E(t), Q(t)] F y G son funciones lógicas, pero lo que le da nuevas propiedades a los sistemas secuenciales es la existencia de realimentación. La función G nos da los valores de Q en función de los propios valores anteriores de Q. Las mismas variables son variables de entrada y salida de la función. Las funciones F y G pueden expresarse mediante tablas de verdad, como cualquier otra función. Estas tablas de verdad toman el nombre de tablas de transición del circuito secuencial, por la existencia de la realimentación.

Cronogramas A las tablas de sincronización de los sistemas secuenciales se les llama cronogramas porque las salidas de los sistemas dependen o son funciones del tiempo. Y se utilizan para manejar de manera más cómoda la relación que Página 2|5

existe entre las diferentes señales de entrada y salida del sistema.

Biestables Los circuitos lógicos biestables son capaces de permanecer en uno de dos estados estables después que cambie o desaparezca la causa que provocó el cambio al estado alcanzado. Esto quiere decir que son capaces de almacenar información binaria (1 bit).

Tipos de biestables Los biestables dependen de tres aspectos de las señales de entrada que producen la transición de un estado a otro.   

Lógica del disparo: Determina el cambio de estado en el biestable de acuerdo a cierta combinación de las señales de entrada. Tipo de disparo: Determina la forma en que las excitaciones de entrada afectan el estado del biestable. Sincronismo en el disparo: Determina si el biestable funciona de acuerdo a una señal de reloj (clock) o sin ella.

Combinando las tres características anteriores, las empresas que fabrican circuitos integrados han comercializado una gran variedad de biestables. De acuerdo con estos criterios los podemos clasificar así: 



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Por la lógica del disparo: o Biestables R – S o Biestables J – K o Biestables D o Biestables T Por el sincronismo en el disparo y tipo de disparo: o Asíncronos: también llamados latches, que funcionan sin señal de reloj. o Síncronos: También llamados flip – flop, que funcionan con señal de reloj. Por tipo de disparo: o Disparo de nivel:  Nivel alto (1): el biestable podrá cambiar de estado cuando la señal de reloj sea “1”.  Nivel bajo (0): el biestable podrá cambiar de estado cuando Página 3|5

la señal de reloj sean “0”. o Disparo por flanco: subida o bajada.  Flanco de subida: cambia de estado cuando el reloj cambia de 0 a 1.  Flanco de bajada: cuando el estado cambia en el instante en el que el reloj cambia de 1 a 0.

Biestable asíncronos (latches): Asíncronos porque funcionan sin señal de reloj. Cualquier cambio en las entradas produce un cambio en las salidas, en cualquier momento. En caso de tener varios biestables asíncronos en un circuito, cada uno trabaja de manera independiente de los demás.

Biestables síncronos (flip – flops) Son los que funcionan con el sincronismo con una señal de reloj. También son llamados circuitos secuenciales sincronizados, y son del tipo más utilizados en la práctica por su facilidad de trabajo. Un circuito secuencial síncrono emplea señales que afectan los elementos de almacenamiento sólo a instantes discretos de tiempo. La sincronización se logra por medio de un dispositivo de sincronía, llamado generador de reloj, que produce un tren periódico de pulsos de reloj, a intervalos fijos. Esto significa que en los biestables síncronos, la tabla de transición solo se cumple cuando se activa la señal de reloj. Si la señal de reloj no se activa, no se produce ninguna transición. Por tanto, aunque en las entradas haya una combinación de señales que conduzcan a una transición de estado, ésta no se producirá hasta que se active la señal de reloj, y no volverá a producirse una nueva transición hasta que se active de nuevo la señal de reloj. La señal de reloj puede activarse de dos formas: por nivel o por flanco. En la primera el cambio de nivel se da cuando el reloj está en un estado determinado de voltaje. La segunda se da durante el cambio de nivel en la

señal de reloj.

Por nivel

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Por flancos.

El diseño de circuitos asíncronos complejos es más difícil que el de circuitos síncronos, puesto que su comportamiento depende en gran medida de los retardos de propagación de las puertas lógicas y de la sincronía de los cambios de las entradas. De todas formas, siempre se necesita algo de diseño asíncrono, ya que: 1. los latches (elementos de almacenamiento en circuitos asíncronos) se utilizan como bloques de construcción de los flip-flops (elementos de almacenamiento en circuitos síncronos). 2. Los biestables (flip-flops) que vamos a estudiar decimos que tienen entradas síncronas, ya que los datos se transfieren sincronizados con la señal de reloj, sólo durante el flanco de disparo del pulso de reloj. Pero la mayoría de los IC disponibles en el mercado presentan también entradas asíncronas, las cuales pueden cambiar el estado del flip – flop independientemente del reloj. Estas entradas pueden ser por nivel alto ("1") o por nivel bajo ("0") y son prioritaras sobre las otras señales de entrada. Podemos tener las siguientes: · ·

Inicialización o Preset (PRE): pone al biestable en estado SET ("1"). Borrado o Clear (CLR): pone al biestable en estado RESET ("0").

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