ELECTRONICA DIGITAL
  ELEMENTOS BIESTABLES (Flip-Flop RS, JK, D, T, MS, sincronos, asíncronos)
 

 

Un biestable, también llamado báscula (flip-flop en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:
  • Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS.
  • Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.
La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
Biestable RS
Descripción
 
 
Cronograma del biestable RS
Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo), cuyas entradas principales, R y S, a las que debe el nombre, permiten al ser activadas:
  • R: el borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.
  • S: el grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida
Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. En ningún caso deberían activarse ambas entradas a la vez, ya que esto provoca que las salidas directa (Q) y negada (Q') queden con el mismo valor: a bajo, si la báscula está construida con puertas NO-O (NOR), o a alto, si con puertas NO-Y (NAND). El problema de que ambas salidas queden al mismo estado está en que al desactivar ambas entradas no se podrá determinar el estado en el que quedaría la salida. Por eso, en las tablas de verdad, la activación de ambas entradas se contempla como caso no deseado (N. D.).
Biestable RS asíncrono
Sólo posee las entradas R y S. Se compone internamente de dos puertas lógicas NO-Y o NO-O, según se muestra en la siguiente figura:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Biestables RS con puertas NO-O, a), NO-Y, c), y símbolos normalizados respectivos b) y d).
Su tabla de verdad es la siguiente (Q representa el estado actual de la salida y q el estado anterior a la última activación):

Tabla de verdad biestable RS
R
S
Q (NO-O)
Q' (NO-Y)
0
0
q
N. D.
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
N. D.
q
N. D.= Estado no determinado

Biestable RS síncrono
 
Circuito Biestable RS síncrono a) y esquema normalizado b).
Además de las entradas R y S, posee una entrada C de sincronismo cuya misión es la de permitir o no el cambio de estado del biestable. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de un biestable síncrono a partir de una asíncrona, junto con su esquema normalizado:
Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad biestable RS
C
R
S
Q (NO-O)
0
X
X
q
1
0
0
q
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
N. D.
X = no importa

Biestable D
 
Símbolos normalizados: Biestables D a) activo por nivel alto y b) activo por flanco de subida.
 
Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo), cuya salida adquiere el valor de la entrada D cuando se activa la entrada de sincronismo, C. En función del modo de activación de dicha entrada de sincronismo, existen dos tipos de biestables D:
  • Activo por nivel (alto o bajo), también denominado registro o cerrojo (latch en inglés).
  • Activo por flanco (de subida o de bajada).
La ecuación característica del biestable D que describe su comportamiento es:

D
Q
Qsiguiente
0
X
0
1
X
1
X = no importa

Esta báscula puede verse como una primitiva línea de retardo o una retención de orden cero (zero order hold en inglés), ya que los datos que se introducen, se obtienen en la salida un ciclo de reloj después. Esta característica es aprovechada para sintetizar funciones de procesamiento digital de señales (DSP en inglés) mediante la transformada en z.
Biestable T
 
Símbolo normalizado: Biestable T activo por flanco de subida.
Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo). El biestable T cambia de estado ("toggle" en inglés) cada vez que la entrada de sincronismo o de reloj se dispara. Si la entrada T está a nivel bajo, el biestable retiene el nivel previo. Puede obtenerse al unir las entradas de control de un biestable JK, unión que se corresponde a la entrada T.
 
 
 
La ecuación característica del biestable T que describe su comportamiento es:

T
Q
Qsiguiente
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0

Biestable JK
Descripción
 
 
Cronograma de la báscula JK
Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo), cuyas entradas principales, J y K, a las que debe el nombre, permiten al ser activadas:
  • J: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida.
  • K: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.
Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. A diferencia del biestable RS, en el caso de activarse ambas entradas a la vez, la salida adquirirá el estado contrario al que tenía.
La ecuación característica del biestable JK que describe su comportamiento es:
 
 

J
K
Q
Qsiguiente
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
X
0
1
0
X
1
1
1
0
1
1
1
1
0
X = no importa

Una forma más compacta de la tabla de verdad es (Q representa el estado siguiente de la salida en el próximo flanco de reloj y q el estado actual):

J
K
Q
0
0
q
0
1
0
1
0
1
1
1
 


El biestable se denomina así por Jack Kilby, el inventor de los circuitos integrados en 1958, por lo cual se le concedió el Premio Nobel en física de 2000.
Biestable JK activo por flanco
 
Símbolos normalizados: Biestables JK activo a) por flanco de subida y b) por flanco de bajada
Junto con las entradas J y K existe una entrada C de sincronismo o de reloj cuya misión es la de permitir el cambio de estado del biestable cuando se produce un flanco de subida o de bajada, según sea su diseño. Su denominación en inglés es J-K Flip-Flop Edge-Triggered.
De acuerdo con la tabla de verdad, cuando las entradas J y K están a nivel lógico 1, a cada flanco activo en la entrada de reloj, la salida del biestable cambia de estado. A este modo de funcionamiento se le denomina modo de basculación (toggle en inglés).

Biestable JK Maestro-Esclavo
 
Símbolos normalizados: Biestable JK Maestro-Esclavo a) activo por nivel alto y b) activo por nivel bajo
Aunque aún puede encontrarse en algunos equipos, este tipo de biestable, denominado en inglés J-K Flip-Flop Master-Slave, ha quedado obsoleto ya que ha sido reemplazado por el tipo anterior.
Su funcionamiento es similar al JK activo por flanco: en el nivel alto (o bajo) se toman los valores de las entradas J y K y en el flanco de bajada (o de subida) se refleja en la salida.


Otra forma de expresar la tabla de verdad del biestable JK es mediante la denominada tabla de excitación:
                                       q   Q    J   K 
                                      
                                       0   0    0   X   
                                       0   1    1   X 
                                       1   0    X   1 
                                       1   1    X   0 
                                      
Siendo q el estado presente y Q el estado siguiente.
 
 
Entradas asíncronas
Pese al carácter síncrono de los flip-flops enunciados en este apartado, estos circuitos también poseen entradas de carácter síncrono. Dicha denominación proviene del hecho de que actúan independienteme del valor que tenga la señal de reloj.
Normalmente, suele haber dos entradas asíncronas
·         .CLEAR, 0 RESET. Pone a "0" la salida del flip-flop.
·         .SET, O PRESET. Pone a "1" la salida del flip-flop
Estas entradas se suelen utilizar para inicializar el sistema, dando a los biestables el valor deseado, para que luego evolucionen.
Otra importante división de los circuitos secuenciales es entre sincronos y asíncronos
Los síncronos, requieren una señal de control procedente de un generador externo al propio circuito, que funciona como llave, de modo que si no se aplica dicha señal no se hacen efectivos los valores presentes en las entradas. Este método se emplea cuando el sistema electrónico es complejo y los tiempos de conmutación de los diversos dispositivos que lo constituyen son distintos. La señal de control, también denominada reloj (Clock, o Clock Pulse en ingles), se aplica a las entradas del mismo nombre de cada bloque integrado para sincronizar la transmisión de datos 0 información a través del sistema. La frecuencia de la señal eléctrica debe adaptarse a la velocidad de conmutación del dispositivo más lento del circuito.
En cambio, los sistemas secuenciales asíncronos no poseen entrada de reloj, y los cambios en las variables de estado interno y en los valores de salida se producen, sencillamente, al variar los valores de las entradas del circuito
Aquí nos vamos a centrar especialmente en el estudio de los biestables (loo circuitos secuenciales más elementales, capaces de almacenar, si no existe orden exterior de cambio, la información en ellos contenida), junto con los contadores y registros de desplazan1iento, que, como observaremos, son también circuitos secuenciales fonl1ados por una cadena de biestables. Todos estos dispositivos son de aplicación general, y de importancia fundamental en cualquier sistema digital.


HECHO POR: MARIN GONZALEZ JESUS MANUEL
 
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