Universidad Iberoamericana

Electrónica Digital

Flip-Flops

22 junio 1995

Los circuitos lógicos que se han armado hasta el momento son circuitos combinatorios. Esto es, sus niveles de salida en cualquier instante dependen de los niveles presentes en las entradas en ese momento. Cualquier condición anterior al nivel de entrada no afecta a las salidas, porque los circuitos lógicos combinatorios no tienen memoria. Sin embargo la mayoría de los sistemas digitales están constituidos por circuitos combinatorios y elementos de memoria.

Las salidas externas de un sistema digital son una función de sus entradas externas y de la información almacenada en los elementos de memoria. El elemento de memoria más importante (por ser el básico) es el flip.flop, que está formado por un ensamble de compuertas lógicas. Aunque una compuerta lógica, por sí misma, no tiene la capacidad de almacenamiento, pueden conectarse varias de ellas de manera que permiten almacenar información. Existen varias configuraciones de compuertas que se utilizan para producir estos flip-flops (FF).

El FF tiene dos salidas, marcadas como Q y ¬Q. Q es la salida normal del FF, mientras que ¬Q es la salida negada o invertida del FF. Un FF tiene dos estados permisibles de operación ALTO Q=1,¬Q=0 y BAJO Q=0,¬Q=1.

El FF puede tener una o más entradas. Estas se emplean para provocar que el FF haga transiciones hacia atrás y hacia adelante ("flip-flop") entre sus posibles estados de salida. La entrada del FF sólo tiene que recibir un pulso momentáneo para cambiar el estado de su salida y ésta permanecerá en el nuevo estado aún después de la desaparición del pulso de entrada. Esta es la característica de memoria del F.

Los sistemas digitales pueden operar en forma asíncrona o síncrona. En los sistemas asíncronos las salidas de circuitos lógicos pueden cambiar de estado en cualquier momento en que una o más de las entradas cambie. Un sistema asíncrono es difícil de diseñar. En los sistemas síncronos los tiempos exactos en que alguna salida puede cambiar de estados se determinan por medio de una señal que comúnmente se denomina reloj. Esta señal de reloj es una serie de pulsaciones rectangulares o cuadradas. La señal del reloj se distribuye a todas las partes del sistema y muchas (o incluso todas) las salidas del sistema pueden cambiar de estado sólo cuando el reloj hace una transición o se encuentra en un determinado nivel.

Muchos sistemas digitales son principalmente síncronos (aunque siempre hay algunas partes asíncronas) ya que son más fáciles de diseñar y reparar. Son más fáciles de reparar porque las salidas del circuito sólo pueden variar en instántes específicos de tiempo. En otras palabras, casi todas las partes se sincronizan a las transiciones de las señales del reloj.

La acción de sincronización de las señales del reloj se logra a través del uso de flip-flops sincronizados por reloj que están diseñados para cambiar de estados en una u otra de las transiciones del reloj.

FF SR (set-reset)

El circuito contiene dos secciones principales:

1.- Un registro básico de compuertas NOR

Este es el encargado de "mantener" el dato almacenado.

2.- Un circuito conductor de pulsos

A través de los dos AND se consigue que las entradas S y R sólo logren

llegar a los NOR cuando la señal de reloj se encuente en nivel ALTO,

de lo contrario al NOR le llegará un par de 0 lógicos que no provocarán

cambio alguno al dato almacenado en el registro.

Este FF es una mejora respecto al FF SR en tanto que no tiene un estado de entrada inválido. Sigue la misma tabla lógica que el FF SR excepto que cuando J=K=1 lógico se obtiene el estado inverso del dato almacenado. A esta operación se le denomina modo de complemento. Si J y K se dejan en el estado ALTO, el FF cambiará al estado complementario con cada pulso de reloj.

J K Q

0 0 Qo (no cambia)

1 0 1

0 1 0

1 1 ¬Qo

Se muestra además un circuito menos simplificado de un FF JK:

El flip-flop tipo D es una simplificación del FF SR. Se toma únicamente las entradas D=S=¬R=0 lógico para que la salida del FF D se ponga en 0 al siguiente flanco de reloj, y con D=S=¬R=1 lógico para obtener un 1. Este es pues un sistema de memoria que "sigue" a la entrada cuando el reloj (por niveles o flancos se lo permiten).

Como el FF D, el FF T es una simplificación del FF JK pero utilizando T=J=K=0 lógico para "mantener" el dato almacenado y T=J=K=1 lógico para "intercambiar" el valor del FF. Una vez más es cuando el reloj lo permite.

Se pudo analizar y comprobar el funcionamiento de los Flip-flops así como las dificultades que pueden surgir en su implementación (necesidad de buffer para que el voltaje no disminuya al conectar más de una carga, por ejemplo). La importancia de los FF se hizo evidente al aprender (en Diseño Lógico) métodos de implementación de máquinas de estados pequeñas utilizándolos.

Sistemas Digitales

Prentice Hall