Implementación de un circuito utilizando flip-flops PDF

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En esta práctica se usarán flip-flops para implementar los diferentes tipos de estos....

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Miguel Ángel Casillas Araiza.

Diseño Digital. Práctica #4 Diseño e implementación de circuitos que emplean Flip-Flops. Objetivo General. Diseñar e implementar circuitos que emplean para su comportamiento elementos de memoria como lo son los Flip-Flops. Objetivos Específicos. 1. Emplear un circuito 555 en configuración astable para generar una señal de reloj. 2. Diseñar e implementar un circuito con función “Toggle” con un botón tipo “push” mediante el empleo de un Flip-Flop tipo T síncrono. 3. Diseñar e implementar un circuito Latch de 4 bits mediante el empleo de Flip Flops tipo D síncronos. 4. Diseñar e implementar un registro de corrimiento de 4 bits mediante el empleo de Flip-Flops tipo JK síncronos. 5. Diseñar e implementar un circuito típico que emplee Flip-Flops tipo RS síncronos. Justificación. El empleo de circuitos digitales con elementos capaces de retener información digital, convierte a los circuitos combinacionales, en circuitos secuenciales, donde la salida ya no depende únicamente de las entradas presentes en el instante actual, sino que la salida depende también del estado actual del circuito secuencial. Con esto la Electrónica Digital se enriquece de manera significativa, ya que la salida no únicaente depende de las entradas en el pomento actual sino que depende del estado que guarda el circuito reteneindolo mediante elementos de memoeri como lo son los Flip Flip. Podemos encontrar una gran variedad de Flip Flops como lo son: Flip Flop T, Flip Flop D, Flip Flop JK, Flip Flop RS, entre otros. En el sentido temporal los circuitos secuenciales ya no son absolutos a las entradas como los circuitos combinacionales, ya que no producen las mismas salidas para las mismas entradas, sino que ya dependen del estado o valor que tienen almacenado. Introducción. El flip-flop T o "toggle" o de conmutación, cambia su salida con cada transición del pulso de reloj (clock), produciendo una salida que tiene la mitad de la frecuencia de la señal de entrada en T, como se aprecia en la figura 1.

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Miguel Ángel Casillas Araiza.

Figura 1. Símbolo de Flip Flop T síncrono.

Tiene diferentes aplicaciones como lo puede ser en: contadores binarios, divisores de frecuencia, y dispositivos de sumas binarias en general. Se puede implementar a partir de flip-flops JK, introduciendo las entradas J y K en alto lógico. Construcción de in flip flop T a partir de un flip flop JK, como puede verse en la figura 2.

Figura 2. Implementación de in Flip Flop T a partir de un Flip Flop JK.

En la figura 3 podemos observar la tabla de verdad de un flop flop T síncrono.

Figura 3. Tabla de verdad de un Flip Flop T síncrono. Tomado de: https://www.google.com.mx/search?q=flip+flop+t+tabla+de+verdad&tbm=isch&imgil=71HKQJ2f8LBJPM %253A%253BQ5jnCMuSI09NTM%253Bhttp%25253A%25252F%25252Funicrom.com%25252Fflip-floptipo-d-descripcion-ysimbolo%25252F&source=iu&pf=m&fir=71HKQJ2f8LBJPM%253A%252CQ5jnCMuSI09NTM%252C_&u sg=__6wjzzbh6F_sqMFuz0q5BaxK8Lxw%3D&biw=1366&bih=643&ved=0ahUKEwjxtcOR0YDTAhXkx1 QKHeTVCIMQyjcIJQ&ei=uzzeWLHsEeSP0wLkq6OYCA#imgrc=4oI9C6yqZjUUFM:&spf=308

El Flip Flop D síncrono tiene como símbolo el que se muestra en la figura 4.

Figura 4. Símbolo de Flip Flop tipo D síncrono.

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En la figura 5 podemos observar como la salida del Flip Flop D se “empareja” a la entrada en las transiciones de subida del reloj.

Figura 5. Diagrama de tiempo para un Flip Flop D.

La tabla de verdad de un Flip Flop D síncrono se observa la figura 6.

Figura 6. Tabla de verdad de un Flip Flop D síncrono. Tomado de: https://www.google.com.mx/search?q=flip+flop+t+tabla+de+verdad&tbm=isch&imgil=71HKQJ2f8LBJPM %253A%253BQ5jnCMuSI09NTM%253Bhttp%25253A%25252F%25252Funicrom.com%25252Fflip-floptipo-d-descripcion-ysimbolo%25252F&source=iu&pf=m&fir=71HKQJ2f8LBJPM%253A%252CQ5jnCMuSI09NTM%252C_&u sg=__6wjzzbh6F_sqMFuz0q5BaxK8Lxw%3D&biw=1366&bih=643&ved=0ahUKEwjxtcOR0YDTAhXkx1 QKHeTVCIMQyjcIJQ&ei=uzzeWLHsEeSP0wLkq6OYCA#imgdii=Lm4vaNg6or16gM:&imgrc=4oI9C6yqZ jUUFM:&spf=290

El "flip-flop" J-K, es el más flexible de los flip-flops básicos. Puede ser empleado para configurar un flip-flop D sincronizado, pero tiene dos entradas, denominadas tradicionalmente J y K. Si J y K son diferentes, la salida Q toma el valor de J durante la subida del siguiente pulso de reloj. Por otra parte, si J y K son ambos bajo (low), entonces no se produce cambio alguno. Si J y K son ambos alto (high), entonces en la siguiente subida de clock la salida cambiará de estado. Puede realizar las funciones del flip-flop set/reset y tiene la ventaja de que no hay estados ambiguos. Puede actuar también como un flip-flop T para conseguir la acción de permutación en la salida, si se conectan entre sí las entradas J y K. Esta aplicación de permutar el estado, encuentra un uso extensivo en los contadores binarios. En la figura 7 se muestra el símbolo de un Flip Flop JK síncrono.

Figura 7. Símbolo de Flip Flop tipo JK síncrono.

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Miguel Ángel Casillas Araiza.

La tabla de verdad de un Flip Flop JK síncrono se muestra en la figura 8.

Figura 8. Tabla de verdad de un Flip Flop D síncrono. Tomado de: https://www.google.com.mx/search?q=flip+flop+t+tabla+de+verdad&tbm=isch&imgil=71HKQJ2f8LBJPM %253A%253BQ5jnCMuSI09NTM%253Bhttp%25253A%25252F%25252Funicrom.com%25252Fflip-floptipo-d-descripcion-ysimbolo%25252F&source=iu&pf=m&fir=71HKQJ2f8LBJPM%253A%252CQ5jnCMuSI09NTM%252C_&u sg=__6wjzzbh6F_sqMFuz0q5BaxK8Lxw%3D&biw=1366&bih=643&ved=0ahUKEwjxtcOR0YDTAhXkx1 QKHeTVCIMQyjcIJQ&ei=uzzeWLHsEeSP0wLkq6OYCA#imgdii=PitsCtpF_yp2TM:&imgrc=4oI9C6yqZj UUFM:&spf=353

El flip-flop RS tiene dos entradas R (reset) y S (set), se encuentran a la izquierda del símbolo. Este flip-flop tiene activas las entradas en el nivel BAJO, lo cual se indica por los circulitos de las entradas R y S. Los flip-flop tienen dos salidas complementarias, que se denominan Q y 1, la salida Q es la salida normal y 1 = 0. El símbolo de un flip flop RS síncrono se muestra en la figura 9.

Figura 9. Símbolo de Flip Flop tipo RS síncrono. Tomado de: http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/364-flip-flop-flip-flop-rs

En la figura 10 se muestra un diagrama esquemático de un Flip Flop RS síncrono.

Figura 10. Tabla de verdad de un Flip Flop RS síncrono. Tomado de: http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/364-flip-flop-flip-flop-rs En la figura 11 se muestra la tabla de verdad de un flip flop RS síncrono. ENTRADAS Modo de operación CLK S R Mantenimiento

0

0

Reset Set

0 1

1 0

SALIDAS Q Q No cambia 1 1

1 0

4

Miguel Ángel Casillas Araiza. Prohibido

1 1 1 1 Figura 11. Tabla de verdad de un flip-flop SR síncrono. Tomado de: http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/364-flip-flop-flip-flop-rs

Desarrollo. 1. Generar una señal de reloj de 1 Hz con un circuito 555 en configuración astable. 2. Diseñar un circuito que emplee un Flip Flop T síncrono para realizar la función de un switch tipo toggle. 3. Construya en un protoboard el circuito diseñado en el punto 2 del desarrollo. 4. Compruebe el funcionamiento del circuito realizado en el punto 3 del desarrollo. 5. Diseñar un circuito que emplee Flip Flops D para realizar la función de un latch de 4 bits. 6. Construya en un protoboard el circuito diseñado en el punto 5 del desarrollo. 7. Compruebe el funcionamiento del circuito realizado en el punto 6 del desarrollo. 8. Diseñar un circuito que emplee Flip Flops JK para realizar la función de un registro de desplazamiento (shift register) para la transferencia de datos de 4 bits. 9. Construya en un protoboard el circuito diseñado en el punto 8 del desarrollo. 10. Compruebe el funcionamiento del circuito realizado en el punto 9 del desarrollo. 11. Diseñar un circuito que emplee Flip Flops RS que realice una función típica para este tipo de Flip Flops. 12. Construya en un protoboard el circuito diseñado en el punto 11 del desarrollo. 13. Compruebe el funcionamiento del circuito realizado en el punto 12 del desarrollo. 14. Incluya como anexos las hojas de datos de las compuertas utilizadas. Cuestionario. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

¿Qué es un circuito astable? ¿Qué es una señal de reloj? ¿Qué significa la palabra biestable? ¿Qué es un circuito secuencial? ¿Qué es un circuito con memoria? ¿Qué diferencia tiene un circuito secuencial a un circuito combinacional? ¿Cuál es un elemento básico de memoria? ¿Por qué es importante una señal de reloj en un circuito secuencial? Enliste los tipos de Flip-Flops asíncronos, de sus tablas de verdad y su implementación a través de compuertas básicas. 10. ¿Qué es un Latch? 11. Añada su bibliografía y páginas de Internet consultadas. Bibliografía. Floyd, Thomas L., Fundamentos de Sistemas Digitales, Ed. Prentice Hall, 9ª Ed., Madrid, 2006. Conclusiones.

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