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LECCIÓN 9 LECCIÓN 10 |
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PRÁCTICA DIGITAL
PRÁCTICA 04 PRÁCTICA 05 |
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Practicas digitales |
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Hemos visto un buen número de puertas, hemos estudiado las diferentes tecnologías que usan. Ahora es hora de combinar puertas en circuitos más interesantes, y ver que se puede hacer con tales combinaciones. Cita. En esta práctica se presentan algunos ejemplos que se basan en ideas sobre ejercicios que se tratan en otros sites, que con dicho enfoque y unos pequeños cambios se presentan aquí, debido a su valor didáctico que, por otra parte nos parece logrado. Lo que se hace público para que así conste. Nota
Oscilador, piloto apagado, pulsador abierto, pulsador cerrado y piloto encendido. Otros se comentarán más tarde. En esta práctica vamos estudiar el comportamiento de: multivibrador biestable, multivibrador monoestable, multivibrador astable, los registros de desplazamiento y dos tipo de flip-flop; para cubrir este objetivo, estos son los pasos a seguir estos pasos: El multivibrador biestable Hemos visto un buen número de puertas, hemos estudiado las diferentes tecnologías que usan. Ahora es el momento de combinar estas puertas en circuitos más interesantes y ver que se puede hacer con tales combinaciones. En un principio, tomaremos dos inversores básicos RTL acoplados en cruz, de forma que cada uno tenga su entrada conectada a la salida del otro. El primer pensamiento de esto puede parecer insustancial, ya que tal circuito parecería estar cerrado siempre en una condición o estado. Un transistor estaría conectado mientras el otro estaría apagado, y cada uno seguiría haciendo cumplir el estado del otro. De hecho, esto es exactamente lo que queremos. Un transistor esta conectado mientras el otro esta desconectado y el circuito conservará su estado hasta que esto sea cambiado por una señal externa o la corriente sea apagada. Así que, este circuito representa la posible memoria binaria más simple. En esta practica, se construirá y demostrará tal circuito. El esquema.
De otra parte, si Q1 se queda apagado al conectar la tensión, esto aplicará un 1 lógico a la entrada de Q2, conectando Q2. El 0 lógico resultante de salida de Q2 rechazará a su vez a Q1. El circuito entonces permanecerá indefinidamente en este estado estable. Como este circuito tiene dos estados lógicos posibles, se le conoce técnicamente como un multivibrador. Como esto tiene dos estados estables posibles, esto es un multivibrador biestable. Esto es también el circuito binario más básico de cerrojo (latch) posible. En las siguientes practicas trataremos los modos de ampliar este circuito y modificaremos su comportamiento. Pero primero, examinaremos la operación de este circuito básico. Los componentes.Para construir y probar el circuito multivibrador biestable sobre su tablero de pruebas, necesitará los componentes siguientes:
Una vez terminado el montaje, conecte la corriente a su circuito experimental y anote los estados de L0 y L1. ¿Qué le dice esto sobre los estados de los transistores en su circuito practico? Apague la alimentación y espere durante unos segundos. Entonces, vuélvala a conectar. ¿Ahora anote qué estados son los de L0 y L1? Repita esta acción varias veces más. ¿L0 y L1 siempre indican los mismos estados al conectar la corriente, o estos cambian al azar? Tome el extremo libre de un puente de hilo negro conectado a tierra, previsto para esta práctica, y 'toque' brevemente al lado del colector del transistor del cual indica que L está apagado. ¿Esto causa algún cambio al circuito? Ahora, 'toque' con el extremo del puente de hilo negro al colector de transistor cuyo L actualmente está conectado. ¿Qué efecto tiene esto sobre su circuito experimental? Repita estas dos acciones varias veces, hasta que sea consciente que entiende claramente que hace este circuito y como reacciona este a sus 'toques' con el puente de hilo negro. Cuando haya hecho sus pruebas, apague la alimentación del circuito experimental y compare sus resultados con la discusión siguiente. Cuando al principio conectó la alimentación, se encendió L0 o L1 y se quedó encendido. En casi cada caso, apagando la tensión por algún tiempo para descargar el condensador y luego conectándola otra vez, ha notado alguna diferencia, los dos transistores no son idénticos y uno conecta más rápido que el otro. Ese transistor mantuvo su LED apagado mientras el otro transistor permaneció apagado y por consiguiente permaneció el LED encendido para indicar un 1 lógico en dicho colector. Conectando con tierra el colector del transistor cuyo LED estaba apagado no ha tenido efecto en el circuito. Ese transistor ya está encendido, por lo que su colector ya fue conectado esencialmente a tierra. Conectándolo con tierra más directo no cambiará en nada. Sin embargo, cuando usted conectó a tierra el colector del transistor cuyo LED estaba actualmente encendido a tenido el efecto de apagarlo y a cambio encenderse el otro LED. Quitar el hilo de tierra da lo mismo, el circuito ya había cambiado el estado y había permanecido completamente estable en su nuevo estado. Ahora, con el mismo circuito, en el estado opuesto, aplicaremos las mismas reglas de comportamiento básicas. Conectando a tierra el colector del transistor cuyo LED actualmente no conducía no tenía ningún efecto, conectando a tierra el colector del transistor cuyo LED estaba encendido, el circuito necesita dos conmutaciones para volver a su estado anterior. Ambos estados son completamente estables, esto significa que sólo el uso de una señal externa puede hacer que este circuito cambie sus estados. Este circuito, no dará cambios de estado espontáneamente mientras que el circuito esté alimentado. Cuando haya completado esta practica, asegúrese que ha apagado la alimentación de su circuito experimental. No quite ninguno de los componentes de prueba, usará este circuito en su próxima practica Multivibrador biestable con entradas NOR Multivibrador biestable básico; el que estudiamos en la practica anterior básicamente tiene un defecto: no tiene ninguna entrada externa a este circuito. Ya que, después de todo, no podemos usar cables a masa en un circuito digital, para conseguir cambiar los estados en tiempos específicos. Tenemos que aplicar señales de entrada externas, de una forma estándar. Puesto que básicamente usamos inversores RTL para crear el multivibrador, el acercamiento obvio es convertir las puertas NOR en inversores y aplicar las señales de entrada a las entradas adicionales. Esto haría que este circuito se comportara justo como la bascula RS, descrito en una de las páginas interactivas de este sitio. En esta practica, vamos a ver los componentes necesarios para convertir el multivibrador biestable básico en un circuito de registro RS con NOR. El esquema.
Nótese que hemos etiquetado entradas y salidas como la nomenclatura que usan los registro estándar. Realmente no importa qué transistor designemos como la salida Q, mientras permanezca compatible con todas la asignaciones de entrada y salida. Así que, las designaciones aquí son estrictamente arbitrarias. Lista de componentes.Para construir y probar el circuito de báscula RS con NOR sobre el tablero de pruebas, necesitaremos el circuito del multivibrador biestable que se construyó en la práctica anterior, más los siguientes componentes:
Poner el par S0 a 1 lógico y S1 a 0 lógico, y conectar la alimentación a su circuito. Entonces poner la entrada S0 a 0 lógico. ¿Asumiendo que el registro está ahora en su estado opuesto (la salida de Q es 0 lógico), que monitoriza el LED de salida de Q y que supervisa el de la /Q la salida (/Q significa, Q negada)? Entrada S1 a 1 lógico, entonces vuelva a 0 lógico. ¿Cuál es el efecto de esta acción? Ahora, entrada S0 a 1 lógico y luego vuelva a 0 lógico. ¿Consiguió el resultado que esperaba? Repita estas acciones unas veces. ¿Basado en sus resultados, que interruptor corresponde a la entrada de R (Reset) y el cual a la entrada de S (Set)? Entrada tanto S0 como S1 a 1 lógico. ¿Cómo responde a esto su circuito experimental? ¿Qué puede decir en este momento, sobre la puesta de ambas entradas a 1 lógico? Cuando haya terminado de hacer sus determinaciones, apague la alimentación de su circuito experimental y compare sus resultados con la discusión que sigue. Discusión.Debería haber observado que el circuito de este experimento se comportó exactamente como la demostración realizada del circuito básico RS con NOR. Desde que puso la entrada de S0 a 1 lógico cuando conectó la corriente, L0 estaba apagado y L1 estaba encendido. Definimos esto como el estado repuesto (Reset) del circuito de báscula, entonces L0 muestra el estado de la salida Q, mientras L1 muestra el estado de la salida /Q. Del diagrama esquemático de este circuito, así como del hecho que, comenzamos con S0 a 1 lógico, podemos deducir que S0 proporciona la señal de entrada de R, mientras S1 proporciona la señal de entrada de S. Llegó a verificar estas deducciones, para demostrar esto S1 hizo que el circuito de báscula cambiara sus estados para apagar L1 y L0 según el estado de las entradas, mientras S0 encendió L1 y L0 estaba en el estado opuesto. La aplicación de sucesivos 1 lógico a S0, mientras L0 está apagado no tenía ningún efecto y la aplicación sobre S1 mientras L0 estaba encendido no tenía ningún efecto. En cada caso, la báscula estaba ya en el estado pedido por aquel pulsador, por tanto no ocurrió ningún cambio. Este es el comportamiento normal de este tipo de circuito de báscula y de nuevo corresponde la demostración realizada. El multivibrador monoestable. En la practica anterior, practicó con las entradas R y S del circuito de báscula (latch) al conectar y desconectar otra vez un interruptor. En tanto esto funciona, a veces sería conveniente lograr el mismo resultado, con una sola acción de entrada. Es decir, nos gustaría poder usar una sola acción de entrada para hacer que fuera generado un pulso digital. El circuito que se montará en esta práctica, es una variación del circuito multivibrador biestable que ya ha visto en acción. La diferencia es que, vamos a modificar el circuito para que una vez conmutado al estado de Set, se retenga y luego se repondrá (reseteará) sin otra intervención. Esto nos dará el comportamiento que necesitamos. Para que el circuito se comporte de esta manera, necesita tener un estado estable (Reset), mientras el otro estado no es permanentemente estable. En la práctica, el estado estable es cuasi-estable en tanto que puede retenerse durante un período fijo antes de que el circuito se vuelva a su estado estable. En esta practica, averiguaremos solamente como se puede lograr esto. El esquema.
Desde luego, el condensador tardará una cierta cantidad de tiempo en cargar, pero una vez que esto ocurre éste no absorbe ninguna corriente, y Q2 se conectará a 5V por su resistencia R de 15kW de base. Esto a su vez mantiene la salida Q, en un 0 lógico. Esta salida también es aplicada como antes manteniendo Q1 apagado. Asumiendo que la entrada T (disparador) está también inactivo, a 0 lógico, Q3 estará igualmente bloqueado y el circuito permanecerá indefinidamente en este estado. En este punto, C se cargará a 5 voltios más o menos (menos el VBE de Q2), por la conexión de colector Q1 que será positivo. El circuito permanecerá en este estado hasta que una señal 1 lógico, se aplique a la entrada de T. Cuando una señal se aplica en la entrada T, Q3 se conecta y tira el lado izquierdo del condensador C a masa. Ya que el voltaje del condensador no se puede cargar al instante, esto obliga (ve) al lado derecho de C a -5 voltios, conectando inmediatamente a Q2. Esto a su vez aplica un 1 lógico a la entrada de Q1, conectando a Q1. En este punto, la entrada a T, puede desconectarse; la salida Q es un 1 lógico y Q1 permanecerá conectado. En estas circunstancias, el lado izquierdo de C permanecerá a masa a través del colector de Q1. Pero el lado derecho de C se carga gradualmente a través de R, la resistencia de base de Q2, hacia 5 voltios. Sin embargo, esto nunca ocurre así; en cuanto este voltaje le permita a la base de Q2 ponerse parcialmente activo, conecta Q2 y corta Q1 otra vez. Esto devuelve bruscamente al circuito a su estado inmóvil. Así que, este circuito no puede mantener una salida a un 1 lógico indefinidamente; esto no es realmente un estado estable para este circuito. El circuito tiene un sólo estado estable (la Q = 0). Por lo tanto se le conoce como un multivibrador monoestable. La duración del estado cuasi-estable (la Q = 1) se determina por los valores de los dos componentes R y C. Como el condensador sólo carga a la mitad la capacidad total (de -5 voltios a 0, mientras carga a +5 voltios), la duración del pulso de salida es 0'693RC, donde 0.693 es el logaritmo natural de 2, la R está en ohmios, y C se expresa en faradios. Para los valores de los componentes mostrados aquí, el intervalo de tiempo aproximado es, 0.693 × 15.000 × 0.0001 = 1.04 segundos. Entonces este circuito producirá un pulso de 1 segundo cada vez sea disparado. Si la entrada de T ya ha vuelto a 0 lógico, C rápidamente se recargará a través de la resistencia de colector de 1kW y estará listo para otro disparo de señal de entrada. Si T permanece a 1 lógico, el condensador C permanecerá descargado hasta que T por las pérdidas vuelva otra vez a 0 lógico. Entonces C recargará totalmente en aproximadamente 0.5 segundo y estará listo para otra señal de disparo. Lista de componentes.Para construir y probar el circuito de multivibrador monoestable sobre su tablero, necesitará los siguientes componentes:
Seleccionar un área sobre su tablero que esté libre de otros circuitos. Necesitará dos juegos adyacentes de cinco contactos del bús para este proyecto. Entonces refiérase al texto que sigue e instale los componentes como se indica. Realización de la práctica.Disponga S0 para producir un 0 lógico de salida y luego conecte la tensión al circuito experimental. ¿Qué respuesta observa de L0? Observando L0, mueva S0 a la posición 1 lógico, entonces inmediatamente vuelva al 0 lógico. Espere durante unos segundos, luego repite esta acción. ¿Cuál es la respuesta de L0 a esta señal de entrada? Ahora mueva S0 a la lógica 1 y déjelo así. ¿Qué efecto tiene esto sobre el comportamiento de L0? Mueva S0 al 0 lógico, cuente 5 segundos y repita esta secuencia. ¿Se comporta L0 diferente de alguna manera con una lógica a largo plazo que cuando hace una entrada mucho más breve con un 1 lógico de entrada? Finalmente, mueva S0 a la lógica 1 y espere a que se complete la respuesta L0. Entonces mueva S0 a 0 lógico e inmediatamente vuelva a 1 lógico otra vez. ¿Qué efecto tiene esto sobre el comportamiento de L0? ¿Este comportamiento es constante y repetible? Cuando haya hecho sus observaciones, apague la alimentación de su circuito experimental y compare sus resultados con la discusión siguiente. Discusión.Inicialmente al conectar la alimentación, el condensador C fue descargado totalmente. Ya que su tensión no puede cargarse al instante, esto tiene el efecto de mantener Q2 apagado inicialmente. Por lo tanto, L0 se conectó brevemente al principio al aplicar la tensión a este circuito. Sin embargo, el condensador se cargó rápidamente, suficiente para permitir conectar a Q2, con lo cual L0 estará apagado. El condensador C siguió cargándose por la resistencia de colector de 1kW de Q1 y la unión Q2 base-emisor hasta que C fuera cargado a casi 5 voltios. Una vez que esto había ocurrido, el circuito estaba listo para ser disparado. Cuando aplicamos un 1 lógico
a la entrada T que usa S0, el voltaje de colector de Q1 y Q3 cayó
inmediatamente casi al potencial de masa. Sin embargo, el condensador C
todavía tiene una carga de 5 voltios. Ya que su lado izquierdo
esencialmente ha sido conectado con tierra, su lado derecho está ahora en
un voltaje de casi -5 voltios. Esto inmediatamente apaga Q2, que a su vez
activa Q1. L0 conectado y permaneciendo activo cuando devolvió S0 a
su posición 0 lógico. Cuando conectó S0 y lo dejó así, no notó ninguna diferencia en el comportamiento del circuito. Con Q1 conectado todavía al final del mismo intervalo de tiempo y L0 apagando. La diferencia es que permaneció conectado Q3, previniendo así que se cargara el condensador C. Sin embargo, cuando se pone S0 a 0 lógico, el C se recargará rápidamente, poniéndose S0 a 1 lógico, después de un retardo causando por el mismo comportamiento que antes. Cuando se pone S0 a 0 lógico e inmediatamente se vuelve a 1 lógico, intentando provocar de nuevo al circuito antes de que el C tuviera el tiempo para recargar. Sin embargo, a no ser que fuéramos muy rápidos, probablemente no se notaría ninguna variación. El C se recarga a través de la resistencia de 1kW de colector para Q1 y Q3, esto recarga 15 veces más rápido que cuando se carga mientras está conectado L0. Esto es mucho tiempo para impedir al salto del contacto del interruptor ser un problema, pero no bastante tiempo para ejercer el control manual de temporización de circuito. Básicamente, cada vez se dispara este circuito, L0 permanece conectado durante 1 segundo aproximadamente, luego se apaga. No podrá ampliar este intervalo y tampoco podrá acortarlo. Así que, este circuito genera un simple pulso de salida de duración fija cada vez es disparado, y luego espera el próximo pulso de disparo. Ya que la duración del pulso producido por este circuito (la anchura de pulso) es controlada por R y C, podemos variar la anchura de pulso modificando estos componentes. Claro, la R debe tener un valor conveniente para la afluencia correcta de Q2. Por consiguiente, el valor de C se selecciona para conseguir la anchura de pulso cercano al posible valor deseado, luego la R, se ajusta para depurar la anchura de pulso. Si el tiempo exacto es crítico, se usará un potenciómetro para la R. Cuando haya completado este experimento, asegúrese que ha apagado la alimentación del circuito experimental. Quite todos los componentes del tablero de pruebas y déjelos a un lado para su uso en practicas posteriores. El multivibrador astable. Cuando conocimos el multivibrador biestable, lo modificamos para formar un multivibrador monoestable, la próxima pregunta es: ¿podemos modificarlo algo más, usando un condensador de acople en ambos lados? Y ¿que pasaría si lo hiciéramos? Bien, claro que podemos hacer esto; la pregunta concreta sería ¿necesitamos uno? Eso depende de lo que ocurra cuando construimos este tipo de circuito. Ya que el empleo de un condensador impide al circuito permanecer estable en uno de sus dos estados posibles, probablemente parece que, con ambos lados acoplados, el circuito será incapaz de permanecer estable en uno u otro estado. Éste es de hecho el caso, en esta práctica construiremos y conoceremos este circuito. El esquema.
Si escogemos el momento cuando Q1 se acaba de apagar y Q2 se conecta, entonces el terminal izquierdo de C2 está a -5 voltios. Este voltaje negativo disminuye con la carga de C2 a través de R2 hacia los 5 voltios. Sin embargo, el C2 se carga bastante en un momento, para proporcionar la tendencia a activar la base de Q1, Q1 se conecta y los 5 voltios del colector de Q1 caen, la tensión es acoplada por C1 a la base de Q2. Esto apaga a Q2 inmediatamente. Como vimos en el experimento anterior, el tiempo que Q1 permanece conectado y que Q2 permanece apagado es 0.693RC, que, para los valores de los componentes aquí mostrados es aproximadamente de 1 segundo. Ahora que Q2 está apagado mientras C1 se carga a través de R1, hasta que la base de Q2 empieza a activarse parcialmente. En ese punto, el estado de los transistores conmuta y todo esto comienza otra vez. No hay ningún estado estable donde el circuito puede quedar en descanso, por esto conocen este circuito como un multivibrador astable. El tiempo que Q2 permanece apagado es impuesto por R1 y C1, justo como el tiempo que Q1 permanecerá apagado es impuesto por R2 y C2. Para nuestro circuito, los componentes tienen los mismos valores en cada lado, entonces el tiempo será el mismo por cada medio ciclo. Esto no es estricto, las dos mitades del circuito pueden tener intervalos de tiempo totalmente diferentes. Estos, en realidad funcionan independientemente uno del otro, aun cuando ambos trabajen juntos. Por consiguiente, este circuito particular estará aproximadamente conectado 1 segundo por cada medio ciclo, el tiempo de ciclo total o período, es de 2 segundos aproximadamente. La frecuencia de operación del circuito es el recíproco del período, o sea, 0'5 Hz. Lista de componentes.Para construir y comprobar el circuito del multivibrador astable en su tablero de pruebas, necesitaremos los siguientes componentes:
Seleccionar un área del tablero de pruebas que esté libre de otros circuitos. Se necesitan dos juegos adyacentes de cinco contactos del bús para este proyecto. Refiérase a la imagen y el texto e instale los componentes como se muestra. Realización de la práctica.Conectar la alimentación al circuito experimental, y observe los LEDs L0 y L1. Este circuito, no tiene entradas, así que no hay ninguna acción práctica que se pueda tomar. Sin embargo, se puede verificar que este circuito sigue cambiando sus estados en un paso estable y también se puede verificar el intervalo de tiempo de cada medio ciclo. Cuando haya hecho esta comprobación, apague la alimentación del circuito experimental y compare sus resultados con la discusión que sigue. Discusión.Debería haber encontrado que este circuito realmente oscila entre sus dos estados, ya que ninguno de ambos es estable. Por eso conocen este circuito como un multivibrador astable. Con los valores de los componentes, cada LED permanece encendido por 1 segundo más o menos antes de que el circuito cambie de estado. Esto continua mientras se deje conectada la alimentación. Con condensadores más pequeños aumentará la frecuencia de oscilación, este tipo de circuito es usado a veces como un generador de reloj para los circuitos secuenciales digitales que no tienen que funcionar en una frecuencia exacta. Cuando haya completado este experimento, asegúrese que a apagado la alimentación del circuito experimental. Quite los componentes del tablero de pruebas y déjelos a un lado para el siguiente experimento. Báscula RS con CLOCK Hemos estudiado y practicado con los multivibradores y de alguna manera con las básculas RS, sin embargo todos ellos se han controlado por una señal o impulso en una u otra entrada, esto esta bien, pero como podemos sincronizar estos impulsos entre sí y con otras combinaciones de puertas que habitualmente se utilizan en los circuitos. Antes de entrar a describir nuevas combinaciones de puerta, como flip-flop, es conveniente que estudiemos tres tipos de señales básicas comunes a la mayoría de ellos. Dos de ellas ya las hemos manejado nos referimos a las señales S y R, de 'puesta a 1' o Preset y las de 'puesta a 0' o Clear. La señal de reloj (clock o CLK) es muy importante, tanto que su aplicación se encuentra en la mayor parte de circuitos secuenciales, como iremos viendo. Uno de los aspectos más elementales de utilización se puede ver en una báscula RS. El esquema.
La entrada clock, puede abrir (enable) o cerrar (disable) ambas puertas simultáneamente. Las puertas AND permiten el paso de las señales S o R, cuando la señal de reloj está a nivel 1 lógico. Se le conoce como señal de ventana, cuando esta ventana está cerrada (la señal de reloj esta a 0 lógico) el estado actual del flip-flop se puede cambiar por la actuación de señales de S o R. Las entradas S y R nunca deben tener el mismo nivel lógico, ya que se perdería la función báscula , del mismo modo las entradas Preset y Cear no estarán el mismo nivel simultáneamente han de ser opuestos entre sí. Un 1 lógico en el Preset, fuerza a 1 la salida Q y aplicando un 1 lógico en la entrada Clear (se 'aclara'), la salida Q a 0 lógico. Más adelante se estudiarán distintos elementos que se modifican cuando la señal de reloj toma un determinado nivel lógico y otros que debido a su alta velocidad de conmutación, solamente se activan con los flancos o transiciones del nivel de dicha señal de reloj. Lista de componentes.Para construir y realizar el circuito de la báscula con entrada de reloj de esta práctica, necesitaremos los siguientes componentes:
Ahora, ponga la entrada S a 1 lógico y repita los pasos del párrafo anterior sobre el reloj. Anote los resultados así obtenidos en cada caso y luego los comparará con los de más abajo. Ponga a 0 lógico la entrada Clear, de nuevo repita los pasos descritos en los párrafos anteriores. ¿Que ocurre, que no hay cambios en las salidas Q y /Q?. Anote los resultados que obtenga y luego los comparará con los de más abajo. De nuevo ponga a 1 lógico la entrada Preset, repita la entrada de pulsos en la forma que se describe más arriba ¿qué ocurre, que la salida Q permanece todo el tiempo a 1 lógico?, ¿por que ocurre esto? Lo puede explicar. Un objetivo fundamental de la señal de reloj, como ya se ha comentado es la sincronización de las señales que viajan por el circuito, por ejemplo; una señal de presentación de datos de un frecuencímetro, no puede mostrarnos los dígitos permanentemente ya que estos muestran una información diferente en cada instante y por lo tanto sería ilegible dicho valor, en estos casos se encuentra un flip-flop bloqueado con la última muestra de datos y cuando se requiere que muestre una nueva toma, es el justo momento en que la señal de reloj autoriza la señal de pase de datos a los dígitos que entonces nos mostrarán su estado actual. Cuando haya terminado de realizar y anotar sus pruebas, apague la alimentación y compare las notas con los resultados de la discusión que sigue. Discusión.Habrá encontrado que al poner un 0 lógico permanentemente en la entrada S, la salida Q permanece a 0 y no se producen cambios en Q. En cambio si no está S permanentemente a 0, sí se producen cambios en Q, siempre que el estado de R esté a 1 lógico y simultáneamente entre un impulso de reloj. Cuando se puso R a 1 lógico permanentemente, la salida Q cambia con el primer impulso de reloj y permanece así hasta que cambia el nivel de R y simultáneamente entre el reloj. Esto hará que Q, vuelva a 0 lógico, para no volver a cambiar, hasta que no cambie el nivel de R y llegue otro flanco de reloj. Encontró que al poner permanentemente a 0 lógico la entrada Clear, la salida Q permaneció a 0 sin cambios. Y cuando puso a 1 lógico la entrada Preset, la Q presentaba un 1 sin cambios. Por consiguiente, las entradas Preset y Clear normalmente se gobiernan por impulsos cortos, con los que se pone la salida Q a 1 o a 0 lógicos por necesidades del circuito o según convenga. El flip-flop tipo D Hemos visto cómo se comporta una báscula R-S con entrada de reloj, Preset y Clear y también hemos comprobado el defecto que presenta, de los estados de indeterminación de este tipo de básculas.
El problema que tienen este tipo de registros de memoria que hemos estudiado hasta ahora, también denominados 'básculas cerrojo', especialmente consiste en que transfieren los datos de entrada a su salida durante todo el tiempo, que dura el nivel o ancho de la señal de reloj. Flip-Flop D.El circuito de un flip-flop D, es algo más que el circuito de una báscula D, sólo se parecen en que disponen de una única entrada de datos y una entrada de reloj. Es bastante más complicado, la diferencia básica está en la nueva forma de utilizar la señal de reloj. Por consiguiente, llamaremos báscula a los elementos que utilicen el nivel activo de reloj y flip-flop a los que utilicen el flanco de subida o disparo. El circuito.El circuito de un flip-flop D, consta de dos básculas de entrada conectadas entre sí y una tercera báscula de salida. A veces en los circuitos digitales, interesa asegurar que no pueda cambiar un dato de entrada durante el intervalo de ser transferido ese dato a la salida y se utiliza la técnica de 'flanco de disparo'. El tiempo de set-up o formación en un flip-flop D, se ha definido como el tiempo que debe permanecer el dato en la entrada D, antes de la transición o flanco de subida de la señal de reloj. Y tiempo de retención, al tiempo que deben estar presentes los datos en la después de la transición de la señal de reloj. Esto hace que mientras una báscula entrega un salida de nivel lógico 1 la otra báscula entrega un nivel 0 lógico, inhibiéndose hasta que cambie la otra. Es decir, una vez la señal de reloj se encuentra a nivel alto, inhabilita las entradas de la báscula de salida, con lo que la entrada de datos D no puede producir ningún cambio. Ciertamente es complejo describir con palabras el funcionamiento de un flip-flop tipo D.
Este circuito puede considerarse uno de los dos flip-flop que contiene la cápsula de 14 pines del circuito integrado tanto del tipo CMOS 4013 o TTL 7474 y similares. El flip-flop J-K
Otra particularidad de los flip-flop J-K es: cuando dos entradas están simultáneamente en nivel lógico 1, las salidas Q y /Q bascularán; si J y K están a 0 lógico, las salidas no cambiarán con la transición del reloj; las salidas Q bajo y /Q alto con la transición de reloj si J es 0 Lógico y K es 1 lógico y por último, si J es 1 lógico y K es 0 lógico, las salidas estarán a Q alto y /Q bajo con la transición de la señal de reloj. Nota. Las entradas negadas en los símbolos generalmente se especifican con un pequeño circulo junto al cuerpo del símbolo. En este caso, el dato es transferido a la salida se indica con el circulo por el flanco de bajada del CLK. Los componentes.Para esta práctica necesitamos disponer de un espacio en el tablero de pruebas, para instalar los siguientes dispositivos: Cómo trabaja. Para configurar un flip-flop J-K, se deben tener en cuenta una de las dos formas básicas siguientes:
Los dispositivos L1-5, mostrados en el esquema representan el conjunto resistencia de 180 W y LED asociado. Realización práctica.Configuremos el flip-flop J-K en principio con los siguientes parámetros: La señal de reloj estará en nivel bajo, mientras tanto; el estado de J = 1 y el estado de K = 0. En estas condiciones la salida Q = 1 y /Q = 0. Poner J a nivel 0, devolver J = 1 y de nuevo a 0, dejar a 1 la entrada J y anotar si hay variaciones en las salidas N1 y N2 con los cambios y los de Q y /Q. Ahora, poner K = 1 y J = 0, pase a nivel bajo la entrada K y vuelva a poner a nivel alto la entrada K, todo esto, sin haber cambiado la entrada J. Anote las variaciones de nivel de las salidas de N1 y N2 y de Q y /Q si se han producido. Trate de comprender por que ocurre que no cambian Q y /Q. En este segundo caso, vamos a considerar la participación de la señal de reloj y tomaremos notas de cada nivel y los pasos que se producen en las puertas implicadas. Del párrafo anterior las entradas han quedado de la siguiente manera: J = 1, K = 0 y la señal de reloj (CLK) = 0. En este caso, pongamos CLK = 1 y volvamos a ponerlo a 0, repitamos estos pasos y anotar los cambios ocurridos en N1, N2 y las salidas Q y /Q. Cambiar los estados de J = 0 y K= 1, mientras CLK = 0. Volvamos a introducir por la entrada de CLK un 1 luego un 0, seguido de 1 y de 0. Anotar los cambios ocurridos en N1, N2, N9 y Q y /Q en cada impulso de reloj, es muy importante comprender estos cambios y el comportamiento N1 y N2 y las básculas R-S. Si ahora, las posiciones son: J = 1, K = 0 y en la entrada CLK, reproducimos la secuencia lógica 1 0 1 0, observar que ocurre en las salidas Q y /Q y tomar nota de los cambios si se producen. Sigamos con el otro estado posible, ya se ha mencionado más arriba que, ocurría algo especial cuando J = K = 1. Pongamos las entradas en ese estado J = K = 1 y ahora pongamos en la entrada de reloj una secuencia lógica como la siguiente: 1 0 1 0 1 0 1 0. Preste atención y anote cada cambio lógico que ocurra en las salidas Q y /Q, para comparar sus resultados con los de la discusión de abajo. Discusión.
Habrá notado que en el primer caso, al no haber señal de reloj, las salidas N1 y N2 permanecen a nivel 1 y de este modo quedan bloqueadas las dos básculas R-S que les siguen. En el segundo caso habrá notado que al cambiar la señal de reloj, en un momento concreto la puerta N2 tiene las entradas a 1 y su salida es 0, con lo que al bajar el nivel de la señal de reloj a 0, se produce la transición del dato presente en K a través de la puerta N9 que autoriza a la segunda báscula a cambiar su estado, por lo que en ese momento Q = 0 y /Q = 1. Y en esta situación, los siguientes cambios introducidos en el reloj no produjeron cambio alguno. También habrá observado que en el tercer caso la salida Q = 1 y /Q = 0, con la primera bajada de la señal de reloj, lo que nos deja como al principio, pero ahora, sabemos que ocurre en cada caso. Y en el cuarto caso cuando J = K = 1, habrá observado que la salida Q sigue el estado lógico de la propia señal de reloj con sus cambios y la salida /Q, el complemento de Q. Cuando haya terminado su práctica desconecte su alimentación y guarde los componentes para usarlos en otras prácticas. Creada el:
21-08-2003 | ||
Como
vemos, el circuito realmente no es nada más que dos inversores básicos,
cada uno toma su entrada de la salida del otro. Si cuando aplicamos la
tensión, Q1 se conecta, su salida será un 0 lógico. Este nivel será
aplicado a la resistencia de entrada de Q2, manteniendo a Q2 apagado, hará que su salida sea un 1 lógico. Este 1 lógico será aplicado atrás a la
resistencia de entrada de Q1, manteniendo a Q1 conectado y sosteniendo el
circuito completamente cerrado en este estado estable.
El
circuito para la versión NOR del multivibrador biestable sólo requiere que
agreguemos un transistor y la resistencia de entrada a cada uno de los dos
inversores que presenta, transformándolos así en 2 puertas con entradas
NOR.
Los
componentes para esta práctica serán montados sobre la mitad inferior del
tablero, debajo de los que forman la práctica anterior. Si aún no ha
realizado dicha práctica, vuelva ahora y complétela. Entonces refiérase a
la imagen y el texto de debajo e instale los componentes como se indica.
Como
puede verse, en el esquema de la derecha, el multivibrador monoestable es
muy similar en el diseño al multivibrador biestable que ya ha probado. La
diferencia principal es el empleo de un condensador (C en el esquema) con
uno de los elementos de acoplo cruzado. La resistencia está todavía
presente (la R en el esquema), pero ahora conecta la base de Q2 a +5 voltios
en lugar de al colector de Q1.
La imagen de la derecha, es una modificación de la que ya vimos en la
Insertar los CI's 4081 y 4025 en el tablero de pruebas en
la posición que se muestra en la imagen de la derecha y conectar los cables que
se muestran, correspondiente al circuito y mediante
la ayuda de la
sonda digital que se describe en 
Este
es
el momento de avanzar y
analizar la báscula tipo D; se observará que el circuito de la báscula D,
ha sufrido un
ligero cambio respecto del circuito anterior, se ha añadido un
inversor entre las entradas S-R, de modo que ahora, no cabe la típica posibilidad
de indeterminación, a esta única entrada resultante se le denomina
entrada de datos o entrada D.
A
la derecha se muestra el símbolo del flip-flop J-K. El circuito del flip-flop J-K es generalmente el más
utilizado por ser el más versátil y sofisticado. Es similar a la báscula
R-S ya que dispone también de dos entradas de preselección denominadas J-K
así como una entrada de reloj para su sincronización y además, como se
verá, no
puede tener una salida indeterminada. La particularidad más genérica de los
flip-flop J-K es
que suelen estar controlados por el flanco descendente o de salida de la señal
de reloj, justo al contrario que lo hacen los flip-flop D. 