CIRCUITOS LOGICOS SECUENCIALES

•  MULTIVIBRADORES

Los circuitos lógicos vistos anteriormente, son combinatorios cuyos niveles de salida, en cualquier instante, dependen de los valores de las entradas en ese momento. Cualquier condición anterior al nivel de entrada no afecta a las salidas, porque los circuitos combinatorios no tienen memoria.

 

Modo fundamental (tipo 4)
    Las características para este tipo de circuito secuencial, cuyo diagrama a bloques se presenta en la siguiente figura, son:

1. J representa el tiempo de retardo mínimo para que ocurra una transición. Este tiempo de retardo es el que se obtiene cuando una señal viaja a través de una o más compuertas. Esto nos indica que la retroalimentación es directa.
2. La entrada y la salida son de nivel.
3. Con respecto a las variables de entrada, no pueden haber dos cambios en forma simultánea.
4. Un estado estable es aquel cuyo valor del estado presente es igual al estado siguiente.
5. Cuando iniciamos un recorrido, a partir de un estado estable, siempre se realizan dos movimientos, uno horizontal y otro vertical. El primero se da cuando hay cambios en las señales de entrada y el segundo cuando, partiendo de un estado estable, se llega a un estado inestable, lo cual origina una búsqueda de un estado estable en esa columna.
6. En el proceso de diseño, no se permite más de un estado estable por fila.
7. Las señales de salida son de nivel, por lo tanto, en el proceso de diseño, se tendrán tantas columnas como señales de salida existan.

    La Figura 1, ilustra un diagrama a bloques de un circuito secuencial digital que conjuga compuertas lógicas combinatorias con dispositivos de memoria. La porción combinatoria acepta señales lógicas de entrada externas y de las salidas de los elementos de memoria. El circuito combinatorio opera sobre esas señales a fin de producir diversas salidas, algunas de las cuales se utilizan para determinar los valores binarios que se almacenarán en los elementos de memoria. Las salidas de algunos elementos de memoria, a su vez, se dirigen hacia las entradas de las compuertas lógicas en los circuitos combinatorios. Este proceso indica que las salidas externas de un sistema digital son una función de sus entradas externas y de la información almacenas en los elementos de memoria.

    De la Figura 1, se tienen las siguientes definiciones:

ESTADOS PRESENTES: Son los valores que toman las variables secundarias (y₁, y₂, ..., y_m) debidos a los estados siguientes y a las transiciones.

ESTADOS SIGUIENTES: Son los valores que toman las variables de excitación (Y₁, Y₂, ..., Y_m) debido a los estados presentes.

    La siguiente tabla muestra la relación entre los estados presentes y los estados siguientes:

ESTADOS PRESENTES	ESTADOS SIGUIENTES
y Q qv qt	Y Q+ qv+1qt+1

 

    Los sistemas digitales pueden operar en forma sincrónica o asincrónica. En los sistemas asincrónicos las salidas de los circuitos lógicos pueden cambiar de estado en el momento en que una o más de las entradas cambien. En los sistemas sincrónicos los tiempos exactos en que una salida puede cambiar de estado se determinan por medio de una señal que comúnmente se le denomina señal de reloj. Esta señal es una serie de pulsos rectangulares o cuadrados y se distribuye a todas las partes del sistema y algunas de sus salidas cambian de estado sólo cuando la señal de reloj hace una transición. Cuando la señal de reloj cambia de 0 a 1, se le denomina Transición de Pendiente Positiva (TPP), cuando pasa de 1 a 0 se le conoce como Transición de Pendiente Negativa (TPN).

La Figura 2, muestra el símbolo general empleado para un multivibrador (MVB). El símbolo indica que el MVB tiene dos salidas Q y Q' inversas entre sí. Q recibe el nombre de salida normal del MVB, mientras que Q' es la salida negada o invertida. Siempre que se haga referencia al estado del MVB, éste será el de su estado normal y se entiende que Q' se encontrará en estado opuesto.

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Características de los multivibradores sintonizados por reloj:

1. Los multivibradores (MVB) sincronizados por reloj tienen una entrada de reloj designada CLK (Clock-reloj). Esta entrada se dispara por flanco, lo que significa que es activada por una transición de señal; esto se especifica por la presencia de un triángulo en la entrada del reloj. Posteriormente, se explican detalladamente los MVB disparados por flanco.

2. Los MVB sincronizados por reloj también poseen una o más entradas de control que pueden tener varios nombres, lo que depende de su operación; su efecto está sincronizado con la señal aplicada en la entrada CLK. Por esta razón se les llama entradas sincronizadas de reloj.

3.Las entradas de control hacen que la salidas del MVB estén listas para cambiar, mientras que la transición activa en la entrada CLK es la que dispara un cambio.

• SINCRONICOS

El comportamiento de los circuitos secuenciales se determina de las entradas, las salidas y los estados de los multivibradores (MVB). Ambas entradas y el estado siguiente son una función de las entradas y del estado presente. El análisis de los circuitos secuenciales consiste en obtener una tabla o un diagrama de la secuencia de tiempos de las entradas, salidas y estados internos. Es posible escribir expresiones booleanas que describan el comportamiento de los circuitos secuenciales. Sin embargo, estas expresiones deben incluir la secuencia de tiempos necesaria directa o indirectamente.

    Un diagrama lógico secuencial se reconoce como un circuito si éste incluye multivibradores. Los MVB pueden ser de cualquier tipo y el diagrama lógico puede o no incluir compuertas combinacionales. Muchos circuitos lógicos contienen multivibradores biestables, monoestables y compuertas lógicas que se conectan para realizar una operación específica. Con frecuencia se usa una señal de reloj primaria para ocasionar que los niveles lógicos del circuito pasen a través de una determinada secuencia de estados. En términos generales, los circuitos secuenciales se analizan siguiendo el procedimiento que se describe a continuación:

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1. Examinar el diagrama del circuito y buscar estructuras como contadores o registros de corrimiento para su simplificación.

2. Determinar los niveles lógicos que estén presentes en las entradas de cada multivibrador antes de la incidencia del primer pulso del reloj.

3. Utilizar estos niveles para determinar la forma en que cada multivibrador cambiará en respuesta al primer pulso de reloj.

4. Repetir los pasos 2 y 3 para cada pulso sucesivo de reloj.

    En la Figura 1, se muestra un circuito secuencial utilizando multivibradores J-K con reloj.

    Obsérvese que el diagrama contiene multivibradores y compuertas lógicas.

• ASINCRONICOS

Modalidad de pulso (tipo 3)

    Un circuito secuencial se dice estar operando en la modalidad de pulso, si se satisfacen las siguientes condiciones:

A.    Al menos una señal de entrada es un pulso.
B.     Los cambios de los estados internos ocurren únicamente en respuesta a la presencia de un pulso en las terminales de entrada.
C.    Cada estado de entrada, con la ocurrencia de un , origina únicamente un cambio en el estado interno.
D.    Todas las entradas de pulso deberán ser lo suficientemente amplias para disparar un multivibrador (MVB).
E.     Todos los MVB serán asincrónicos, sincrónicos, pero disparados por flanco, o de los llamados maestro-esclavo.
F.     En las entradas no se permite la ocurrencia de dos o más pulsos en forma simultánea.
G.     Las tablas de los estados tendrán tantas columnas como pulsos de entrada existan.
H.     En los mapas de Karnaugh no es válido hacer enlaces horizontales, sólo se permiten enlaces verticales.
I.      Existen dos tipos de circuitos en esta modalidad: Mealy y Moore.
J.     Un circuito de Mealy es aquel cuyas entradas y salidas son un pulso.pulso

Como puede observarse en el modelo adjunto, un circuito de Mealy consta de dos circuitos combinacionales, el primero maneja las señales de memoria y el segundo las señales de salida. Las señales de salida dependen, no solamente de los pulsos de entrada, sino también de los estados presentes.

K.   Un circuito de Moore es aquel cuyas entradas son pulsos y las señales de salida son de nivel.

En un circuito de Moore, figura adjunta, las señales de salida corresponden exclusivamente a los estados presentes.

   

Es importante tener en cuenta que las señales de entrada de un sistema secuencial pueden ser de dos tipos:

Nivel: El estado de entrada y/o salida varia de un valor a otro sin problemas de continuidad.
Impulso: Entre dos estados de entrada diferentes existe un estado inactivo en el cual todas las variables toman el valor lógico cero.

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    Este tipo de circuitos requieren una atención especial, debido a que no existen pulsos de reloj, como una referencia de tiempo, como se estudió en los circuitos secuenciales sincrónicos.

    Deberán observarse las siguientes condiciones:

1.   Las transiciones de estado se iniciarán con los pulsos de entrada. Esto reemplaza a los pulsos de reloj para provocar los cambios del circuito secuencial.
2.   La forma de entrada para este tipo de circuitos es en paralelo, a diferencia de los circuitos sincrónicos, cuya entrada es normalmente en forma de serie (2ⁿ).
3.   En este tipo de circuitos, la entrada deberá ser complementada o incomplementada, pero no ambas a la vez.

    La siguiente figura ejemplifica gráficamente las tres condiciones anteriores.

En el caso de que un circuito contenga, simultáneamente, una entrada complementada con relación a las demás, no es posible determinar la tabla de estados por el método de Karnaugh, siendo la única forma de determinar dicha tabla, el diagrama de tiempos.