LABORATORIO NRO. 5

ELECTRÓNICA DIGITAL

LABORATORIO 5:

CIRCUITOS CONTADORES CON FLIP FLOPS

1. COMPETENCIA ESPECIFICA DE LA SESIÓN:

• Implementación de circuitos monoestables.
• Implementación de circuitos contadores con Flip Flops JK.
• Utilizar un SIMULADOR para comprobar el comportamiento de los mismos.

2. MARCO TEÓRICO:

El "Flip-flop" es el nombre común que se le da a los dispositivos de dos estados, que sirven como memoria básica para las operaciones de lógica secuencial. Los Flip-flops son ampliamente usados para el almacenamiento y transferencia de datos digitales y se usan normalmente en unidades llamadas "registros", para el almacenamiento de datos numéricos binarios.

• Flip-Flop Set/Reset

El flip-flop de tipo set/reset, se activa (set) a un estado de alto en el lado Q, por medio de una señal de "set", y se mantiene en ese valor, hasta que se desactiva a una señal baja, por medio de una entrada en el lado de reset. Esto se puede implementar como el latch de puerta NAND o el latch de puerta NOR, y tambien como versión con pulso de clock (sincronizado). 

Una desventaja del flip-flop S/R, es que las entradas S=R=0 da un resultado ambiguo y debe evitarse. El flip-flop J-K consigue superar este problema.

• Flip-Flop Set/Reset con Clock

Cuando la línea de señal S va a alta, la otra línea a la puerta NAND que viene del circuito de dirección de pulsos debe estar también alta, para generar una salida alta en Q. Asimismo, un pulso de clock debe estar presente, cuando se recibe el pulso de RESET R alto, para llevar la salida de reset a alta (Q=0). 

De esta manera, todas las transiciones están sincronizadas con el pulso de clock.

• Flip-Flop J-K

El "flip-flop" J-K, es el más versátil de los flip-flops básicos. Tiene el carácter de seguimiento de entrada del flip-flop D sincronizado, pero tiene dos entradas, denominadas tradicionalmente J y K. Si J y K son diferentes, la salida Q toma el valor de J durante la subida del siguiente pulso de sincronismo.

Si J y K son ambos low (bajo), entonces no se produce cambio alguno. Si J y K son ambos high (alto), entonces en la siguiente subida de clock la salida cambiará de estado. Puede realizar las funciones del flip-flop set/reset y tiene la ventaja de que no hay estados ambiguos. Puede actuar tambien como un flip-flop T para conseguir la acción de permutación en la salida, si se conectan entre sí las entradas J y K. Esta aplicación de permutar el estado, encuentra un uso extensivo en los contadores binarios.

• El Flip-Flop D

El "flip-flop" tipo D, sigue a la entrada, haciendo transiciones que coinciden con las de la entrada. El término "D", significa dato; este "flip-flop" almacena el valor que está en la línea de datos. Se puede considerar como una celda básica de memoria. Un "flip-flop" D, se puede hacer con un "flip-flop" "set/reset", uniendo la salida set (estado alto) con la salida reset (estado bajo), a través de un inversor. El resultado se puede sincronizar.

• El Flip-Flop T

El flip-flop T o "toggle" (conmutación) cambia la salida con cada borde de pulso de clock, dando una salida que tiene la mitad de la frecuencia de laseñal de entrada en T. 

Es de utilidad en la construcción de contadores binarios, divisores de frecuencia, y dispositivos de sumas binarias en general. Se puede hacer a partir de flip-flops J-K, llevando ambas entradas J y K a alta (high).

Construcción de un flip-flop T desde un flip-flop J-K

• Latch con Puertas NAND

La secuencia de tiempo de la derecha, muestra las condiciones bajo las cuales las entradas de set y reset, cambian el estado del latch y cuando no lo cambian.

El concepto de circuito "latch", es importante en la creación de dispositivos de memoria. La función de tal circuito es "capturar" el valor creado por las señales de entrada al dispositivo y mantener ese valor hasta que lo cambie alguna otra señal.

• Latch con Puertas NOR

La secuencia de tiempo de la derecha, muestra las condiciones bajo las cuales las entradas de set y reset, cambian el estado del latch y cuando no lo cambian.

El concepto de circuito "latch", es importante en la creación de dispositivos de memoria. La función de tal circuito es "capturar" el valor creado por las señales de entrada al dispositivo y mantener ese valor hasta que lo cambie alguna otra señal.

3. TAREAS DEL LABORATORIO

• Determine la Ecuación Lógica del circuito mostrado.

S=q . R!+S

• Compruebe en simulación el comportamiento de los circuitos mostrados.

• Armar circuito en el ENTRENADOR y verificar resultados.

• Conecte 4 flip flops de la forma mostrada para formar un CONTADOR, compruebe su funcionamiento implementando de forma física. Agregue un Decodificador de BCD a 7 segmentos. Utilice los bloques mostrados:

• Reemplace los Flips Flops con un contador integrado Ascendente / Descendente, compruebe funcionamiento en ambos sentidos. Utilizar los bloques mostrados:

Ascendente

Descendente

• RETO: Modifique circuito para convertir en contador BCD

4. EVIDENCIAS DE TAREAS EN EL LABORATORIO

En este vídeo podemos explicar la resolución del laboratorio, en la cual mostramos el proceso de como verificamos los pasos de la tarea, seguidamente  dando a conocer tambien físicamente en un circuito el funcionamiento del ejercicio que se pide.

5. OBSERVACIONES

• Pudimos observar que el flip flop es uno de los dispositivos mas usados en los circuitos digital, y de hecho es parte fundamental de muchos circuitos avanzados como contadores y registros de corrimiento, que ya vienen integrados en un chip.
• Observamos que el flip-flop J-K se considera como el FF universal, tiene dos entradas para datos etiquetadas como J y K así como otra para el pulso de reloj (CK)
• Pudimos observar que debemos tener cuidado con la alimentación del circuito integrado 7476 no es como la gran mayoría de la familia TTL el pin 13 va a tierra(GND) y pin 5 a +5V.
• Observamos que cada flip-flop tiene dos salidas, Q y Q´ y dos entradas S (set) y R (reset). Este tipo de flip-flop se llama Flip-Flop RS acoplado directamente o bloqueador SR (SR latch). Las letras R y S son las iniciales de los nombres en de las entradas(reset, set).
• Observamos también que el circuito integrado 7476 tiene 2 flip flops J-K incorporadas independientemente.

6. CONCLUSIONES 

• Concluimos a través de esta práctica que los flip flops son celdas binarias que son capaces de almacenar 1 bit de información, los cuales están conformados por las entradas del mismo, las cuales se marcan como J y K y sus salidas marcadas como Q y Q´, además están integrados por una entrada de reloj, así como por el clear y preset.
• Concluimos que el flip-flop es un dispositivo de almacenamiento binario compuesto de dos o más compuertas, con retroalimentación.
• Podemos concluir que un circuito flip-flop puede mantener un estado binario indefinidamente hasta que se cambie por una señal de entrada para cambiar estados. La principal diferencia entre varios tipos de flip-flops es él número de entradas que poseen y la manera en la cual las entradas afecten estado binario.
• Concluimos que las configuraciones de MAESTRO-ESCLAVO son usadas en situaciones en la que se ve un riesgo de secuencia en la transferencia de datos, actualmente, la mayoría de CI no presentan esta dificultad, por lo cual ya no se usa mucho.
• Concluimos que los LATCH son la base de los FLIP FLOP, que haciendo modificaciones en éstos lograremos distintos tipos de FLIP FLOPS.

7. INTEGRANTES

• Mamani Gutierrez Arnol Kervin
• Martinez Riva Zeus Enrique 
• Pauccara Condori Diego Fernando