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Profesor Ricardo Diaz G.

Aprendizajes Esperados: Identificar la configuración y funcionamiento de un flip-flop tipo R-S, D, J-K, T. El Flip-flop I. FLIP-FLOP R-S ASÍNCRONO Y APLICACIONES Un flip-flop R-S asíncrono puede ser implementado con compuertas NAND o compuertas NOR. La diferencia entre uno y otro se encontrará en el nivel activo de las entradas y los valores lógicos que tomará la salida en el estado indeterminado. Figura 1 - Flip Flop R-S Assíncrono Con entradas activas en nivel bajo

Con entradas activas en nivel alto

Un flip-flop R-S asíncrono puede utilizarse para construir sistemas Start-Stop (marcha-parada) por medio de botones o pulsos provenientes de otro circuito. Un sistema de este tipo se muestra en la figura 2. En este circuito, mientras ninguno de los pulsadores esté presionado, el flip-flop mantiene su estado de memoria. Al presionar un instante el botón de “Marcha”, ingresa un “0” al terminal S (Set), lo cual pone en “1” la salida Q, encendiendo DL1, que funciona como piloto de marcha en el sistema. Al soltarse el botón de “Marcha”, las entradas del flip-flop vuelven a valor “1”, manteniendo en memoria este estado. El flip-flop cambia de estado al presionar por un instante el botón de “Parada”. En este caso ingresa un “0” al terminal R que lleva a “0” la salida Q. Se apaga DL1 y se activa DL2, que funciona como piloto del estado de parada. Al soltarse el botón, el flip-flop conserva en memoria el estado de parada

Figura 2 – Sistema Start-Stop con pulsadores A partir de este circuito es posible accionar cualquier dispositivo eléctrico si se agrega una etapa de potencia. Por ejemplo, un flip-flop R-S asíncrono podría ser utilizado en una alarma básica para automóvil, como muestra la figura 3.

Actividad 1: Sistema Start-Stop con flip-flop R-S asíncrono 1.- Montar en protoboar el sistema Start-Stop de la figura 2. Utilizar los siguientes valores de resistencia: R1 = R2 = 10K; R3 = R4 = 330. 2.- Verificar el funcionamiento del circuito completando la tabla de verdad. 3.- Incluir una etapa de potencia conformada por un transistor y un relé, para controlar una carga de corriente alterna. Utilizar el esquema de la figura 4.

Figura 4 – Etapa de potencia con transistor y relé Nota: Dado que el relé utiliza un voltaje de 24V para activar la bobina, será necesario incluir un regulador de voltaje 7805 para obtener los 5V que requieren los circuitos TTL.

Figura 5 – Conexión del regulador 7805

4.- Verificar el funcionamiento del sistema completo. Registre sus comentarios y conclusiones. 5.- Para el informe de laboratorio:  

Indicar los criterios para determinar los valores de R1, R2, R3, R4 y R5. Indicar el criterio para seleccionar el transistor de la etapa de potencia. II. FLIP-FLOP R-S SÍNCRONO

Un flip-flop R-S síncrono activado por nivel se construye incluyendo un par de compuertas NAND a un flip-flop R-S asíncrono, como se muestra en la figura 6.

Figura 6 – Flip-flop R-S síncrono cativado por nível alto Las compuertas NAND que se agregan funcionan como compuertas de habilitación (Entable). Mientras la entrada de reloj (CLK) esté en nivel “0”, las salidas de estas compuertas se mantienen en “1”, dejando el flip-flop en modo de memoria. Cuando CLK toma valor “1” las compuertas de habilitación se comportan como negadores, convirtiendo las entradas del flip-flop en entradas activas en nivel alto. En resumen, CLK en “1” habilita el funcionamiento del flip-flop y CLK en “0” lo deshabilita. Para obtener un flip-flop R-S activado por flanco, es necesario intercalar en la entrada de reloj un circuito de detección de flancos. Esto puede lograrse aprovechando el tiempo de retardo que tienen las compuertas reales (lo que tarda la compuerta en cambiar su salida en respuesta a un cambio en la entrada). Dos circuitos detectores de flanco se muestran en la figura 7. Detector de flanco Detector de flanco de subida de bajada

Figura 7 – Detectores de flanco El detector de flanco permite la habilitación del flip-flop sólo durante un breve período de tiempo, suficiente únicamente para leer los valores de las entradas R y S. Actividad 2: Verificación de funcionamiento de flip-flop síncronos. 1.- Montar el circuito experimental de la figura 8, correspondiente a un flip-flop R-S síncrono, activado por nivel alto. Utilizar resistencias de 330 para R1, R2, R3, R4 y R5. 2.- Verificar que el funcionamiento del circuito corresponde a la tabla de verdad que sigue:

Flip-flop R-S activado por nivel alto 3.- Montar el circuito experimental de la figura 9, correspondiente a un flip-flop R-S activado por flanco de bajada. Utilizar resistências de 330 para R1, R2, R3, R4 y R5. 4.- Verificar que el funcionamiento del circuito corresponde a la tabla de verdad que sigue:

Flip-flop R-S cativado por flanco de bajada

Figura 8 – Montaje experimental de un flip-flop R-S activado por nivel alto

Figura 9 – Montaje experimental de un flip-flop R-S activado por flanco de bajada El Flip-flop D Objetivos: Conocer la construcción del flip-flop D y su aplicación. Verificar las diferencias en el funcionamiento de las entradas síncronas y asíncronas INTRODUCCIÓN: FLIP-FLOP D

El flip-flop D es un dispositivo síncrono que tiene solamente una entrada de datos (D) además de la entrada de reloj (CLK). El flip-flop D, con frecuencia, se denomina flip-flop de retardo. Este nombre describe con precisión la operación que realiza. Cualquiera que sea el dato en la entrada (D), éste aparece en la salida Q una vez que ocurra el siguiente pulso de reloj.

El símbolo lógico del flip-flop D 7474 de la familia TTL muestra las entradas regulares D y CLK, que en este caso de activa por flanco de subida (transición de 0 a 1). Las dos entradas extras son las entradas asíncronas, y operan como en el flip-flop RS explicado previamente.

Las entradas asíncronas se denominan de preset (PR) y de borrado (CLR). Ambas son entradas activas por nivel bajo, como muestra el circulito del símbolo lógico. Cuando se activa el preset (PR), se pone a 1 el flip-flop. En otras palabras, coloca un 1 en la salida normal (Q = 1). La entrada de borrado (CLR) coloca un 0 en la salida (Q = 0). Las entradas asíncronas anulan a las síncronas en el flip-flop D. Este funcionamiento se resume en la siguiente tabla de verdad:

Los modos de operación están a la izquierda y la tabla de verdad a la derecha. Las tres primeras líneas son para operación asíncrona (entradas de preset y borrado). La línea 1 muestra la entrada de preset (PR) activada por un nivel BAJO. Esto pone la salida Q a 1. Observar las X bajo las entradas síncronas (CLK y D). Las X significan que estas entradas son irrelevantes porque las entradas asíncronas las anulan. La línea 2 muestra activada la entrada de borrado (CLR), lo que hace que la salida esté en reset, es decir, a 0. La línea 3 muestra la entrada asíncrona prohibida (PR y CLR a 0). Las entradas síncronas (D y CLK) operan cuando ambas entradas síncronas estén inhabilitadas (PR = 1, CLR = 1). La línea 4 muestra un 1 en la entrada de datos (D) y un pulso de reloj subiendo (lo indica la flecha hacia arriba). El 1 de la entrada D se transfiere a la salida Q durante el pulso de reloj. La línea 5 muestra que el 0 de la entrada de datos se transfiere a la salida Q durante la transición BAJA a ALTA del reloj. Si el flip-flop D no tiene entradas asíncronas, solamente se necesitan las dos líneas inferiores de la tabla de verdad. Los flip-flop D son muy utilizados para almacenar datos. Debido a este uso, a veces, se denomina flip-flop de datos.

Entre las aplicaciones de los flip-flop D se tienen los denominados registros de desplazamiento, que tienen gran aplicación en la transmisión de datos.

Actividad 1: Verificación del funcionamiento del flip-flop D El circuito integrado 7474 es un doble flip-flop D activado por flanco de subida que cuenta adicionalmente con entradas asíncronas PRESET y CLEAR activas en nivel bajo. Su diagrama se muestra en la siguiente figura:

1.- Verificar la tabla de verdad del flip-flop D conectando un led en las salidas Q y Q’. 2.- Conteste las siguientes preguntas - ¿A qué nivel deben conectarse las entradas PRESET y CLEAR para que el 7474 funcione únicamente como flip-flop síncrono? - ¿Puede el 7474 utilizarse como flip-flop R-S? ¿Cuáles serían las entradas R y S y cuál sería su tabla de verdad?

Actividad 2: Montaje de una cerradura codificada Un registro de desplazamiento serie-paralelo como el de la figura puede funcionar como accionamiento para una cerradura codificada.

El primer flip-flop tiene su entrada D permanentemente conectada a un 1, pero este 1 sólo se transfiere a su salida cuando detecta un flanco de subida en su entrada de reloj, es decir, cuando el botón “1” cambia su estado de 0 a 1. Este uno a la salida del primer flip-flop sirve de entrada al segundo, y si ahora se presiona el botón “2”, la salida del segundo flip-flop también tomará un nivel alto. Si se sigue la secuencia correcta, el uno será finalmente transferido hasta la salida del registro de desplazamiento. Lo cual puede activar una cerradura electrónica. Para aumentar la seguridad, puede utilizarse la entrada CLEAR para volver al estado inicial cada vez que se presione un botón incorrecto.

Actividad: Montar los circuitos indicados y verificar que se comportan según se describe. Colocar un led a la salida de cada flip-flop para facilitar su estudio V. Evaluación de las actividades: Describe el funcionamiento de los flip-flop tipo R-S, J-k, D, T. Escala de Apreciación de desempeño grupal (Docente, 70%) Descriptores describe el funcionamiento de los flip-flop tipo R-S

0

1

2

3

describe el funcionamiento de los flip-flop tipo, J-k,

describe el funcionamiento de los flip-flop tipo, D

Describe el funcionamiento de los flip-flop tipo T.

Autoevaluación: Escala de apreciación (Estudiante, 15%) Descriptores

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3

0

1

2

3

Realicé las tareas que me fueron asignadas puntual y responsablemente Realice el uso correcto de manuales e instrumental de medición Mantuve una disciplina y a actitud ante el desarrollo de la actividad

Co-evaluación: Escala de Apreciación (Pares de grupo, 15%) Descriptores Mis compañeros de equipo fueron responsables y puntuales en la realización de las tareas Mis compañeros colaborara en forma entusiasta para el desarrollo de la actividad Existió coordinación e intercambio de información entre mis compañeros