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marzo 20, 2011

FLIP-FLOPS (Latches)

El elemento de la memoria que se utiliza más ampliamente es el multivibrador biestable o flip-flop. El biestable que se abrevia FF, es un circuito lógico con dos salidas, las cuales son inversas las unas de las otras. Las salidas generalmente se denominan con la letra Q. La salida Q se denomina salida FF normal y Qnegado es la salida FF invertida. Cuando se dice que un FF esta en ALTO (1) o bien en estado BAJO (0), ésta es la condición presente en la salida Q. Por supuesto, la salida Qnegado siempre es la inversa de Q.

Hay dos posibles estados operativos para el FF: el primero Q=0, Qnegado=1; y el segundo Q=1, Qnegado=0. El FF tiene una o más entradas, las cuales se emplean para definir que el FF alterne entre estos dos estados. Cuando se pulsa una entrada para enviar al FF a cierto estado, el FF permanecerá en ese estado aún después de que la entrada vuelva a ser normal. Esta es su características de memoria.

El latch (cerrojo) es un tipo de dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (biestable), que se suele agrupar en una categoría diferente a la de los flip-flops. Básicamente, los latches son similares a los flip-flops, ya que son también dispositivos de dos estados que pueden permanecer en cualquiera de sus dos estados gracias a su capacidad de re-alimentación, lo que consiste en conectar (re-alimentar) cada una de las salidas a la entrada opuesta. La diferencia principal entre ambos tipos de dispositivos está en el método empleado para cambiar de estado. 

FLIP-FLOP SET-CLEAR de la compuerta NAND
Un circuito FF básico se puede construir a partir de dos compuertas NAND, acopladas transversalmente como se muestra en la siguiente figura. Notese que la salida de la NAND 1 está conectada a una de las entradas de la NAND 2 y viceversa. Las salidas de las compuertas, Q y Qnegado, son la salidas FF se indican como PONER y LIMPIAR (SET-CLEAR). Las entradas PONER (SET) y LIMPIAR (CLEAR) normalmente descansan en el estado ALTO y una de ellas sera pulsada a BAJO siempre que se quiera cambiar el estado de salida del FF.

FLIP-FLOP con compuertas NAND. La entrada de la compuerta 1 corresponde a SET y la entrada de la compuerta 2 corresponde a CLEAR.

El funcionamiento se resume a continuación:
  1. Set=Clear=1: Esta condición es el estado normal de descanso y no tiene efecto alguno sobre el estado de la salida del FF. Las salidas permanecerán en el estado en que se encontraban antes de presentarse esta condición de entrada. 
  2. Set=0, Clear=1: Este estado siempre ocasionará que la salida pase al estado Q=1, donde permanecerá aún después de que SET retorne a ALTO. A esto se le denomina fijación del FF.
  3. Set=1, Clear=0: Esto siempre producirá el estado Q=0, donde la salida permanecerá aún despues de que CLEAR retorne a ALTO. A esto se le llama anulación del FF.
  4. Set=Clear=0: Esta condición intenta fijar y anular el FF en forma simultánea y puede producir resultados ambiguos. No debe utilizarse. 
Símbolo de bloque simplificado FF NAND. Los círculos en las entradas s y c indican que las entradas son BAJAS activas.

En la siguiente lista de datasheets, puedes encontrar la hoja de datos del circuito integrado Flip-Flop cuádruple 74LS279, para más información sobre sus especificaciones. 

FLIP-FLOP SET-CLEAR de la compuerta NOR
Dos compuertas NOR acopladas transversales se pueden utilizar como FF SET-CLEAR. Su disposición es semejante al FF NAND excepto que las salidas Q y Qnegado tiene posiciones invertidas, observe la siguiente figura:

FLIP-FLOP SET-CLEAR compuertas NOR. La entrada de la primera compuerta es SET y la entrada de la segunda CLEAR.

El análisis de la operación del FF NOR se puede efectuar exactamente en la misma forma que la FF NAND. Los resultados se dan en la tabla que aparece en la figura de arriba.

En resumen su funcionamiento es el siguiente:
  1. Set=Clear=0: Esta es la condición normal de reposo del FF NOR y no tiene efecto alguno sobre la salida. Q y Qnegado permanecerá en cualquier estado pues se encontraran antes de la incidencia de esta condición de entrada.
  2. Set=1, Clear=0: Esto siempre hará Q = 1, donde permanecerá aún después de que SET retorne a 0.
  3. Set=0, Clear=1: Esto siempre anulará Q = 0, donde se quedará aún después de que CLEAR regrese a 0.
  4. Set=Clear=1: Esta condición intenta anular y fijar el FF al mismo tiempo y produce Q = Qnegado = 0. Si las entradas se regresan a 0 simultáneamente, el estado de salida resultante es impredecible. Esta condición de entrada no se debe usar.
Símbolo de bloque simplificado para el FF NOR este se muestra sin círculos en las entradas s y c, esto indica que las entradas son ALTAS activas.

El FF de la compuerta NOR opera exactamente igual que el FF NAND excepto que las entradas "PONER Y LIMPIAR" son ALTAS activas en vez de bajas activas y el estado normal de descanso o reposo es "PONER"="LIMPIAR"=0.

Fuentes:
Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones. Ronald J. Tocci. Editorial: Prentice Hall Hispanoamerica.
Fundamentos de Sistemas Digitales. Autor: Floyd. 9na Edición. Pearson Prentice Hall

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