Nov 192017

 

Los biestables son los componentes que utilizaremos en los circuitos secuenciales, aquellos en los que su estado lógico depende de sus variables en el tiempo, llamando a como quedan estado. El estado no sólo queda determinado por las entradas, sino también por las entradas anteriores, llamándose éstas, estado interno, estado anterior o memoria.

El biestable es también llamado bascula o flip-flop en el idioma inglés. Podemos dividirlos en asíncronos y síncronos. Un biestable por si solo tiene la capacidad de almacenar un bit de información.

En los siguientes esquemas vamos a ir viendo como están montados los biestables RS, JK, T Y D con puertas NAND y NOR de la familia TTL. En el protoboard sera muy fácil montarlos al estar indicado el modelo y numeración de los pins de la puerta lógica. En los circuitos integrados usados la alimentación vendra por los pines 7 GND y 14 +5V.

Biestable RS

Biestable SR con NOR

Biestable SR con NOR

En las imagenes se ve el símbolo del biestable RS o Latch RS tal como aparece en los esquemas de electrónica digital.

Admite dos maneras de montarlo, con puertas NOR y con puertas NAND, según como este veremos que las entradas están negadas en el circuito con NAND y la  tabla de la verdad nos cambia.

Es interesante hacer un seguimiento de su funcionamiento interno dándole valores a las entradas de los circuitos siguientes ya que entender bien su funcionamiento nos facilitara proseguir con otros mas complejos.

Biestable SR con NAND

Biestable SR con NAND

Podemos encontrar dos variantes, asíncronos y síncronos.

Están construidos con dos puertas NAND o NOR  de 2 entradas y su funcionamiento se basa en una realimentación de la salida de cada puerta a la entrada de su puerta complementaria.

La velocidad de este circuito viene determinada por el tiempo de propagación de las puertas usadas, del orden de unos pocos nS.

 

El significado de cada pin:

  • S  Set en inglés o puesta a “1” ó nivel alto.
  • R  Reset en inglés o puesta a “0” ó nivel bajo.
  • Q  Salida.
  • Q  Salida negada.

Biestable RS  asíncrono

Este es sin duda el biestable mas sencillo de montar solo con puertas lógicas. El montaje del biestable SR se monta con puertas NOR para ello utilizamos el circuito integrado 7402.

Biestable SR asíncrono con puertas NOR

Biestable SR asíncrono con puertas NOR

Aunque comercialmente apenas se usan, existen 3 circuitos integrados de la familia TTL que tienen en su interior biestables RS ya completos, como el 74279 (4 biestables RS), 74118 y 74119 (6 biestables RS).

Tabla de la verdad del biestable RS con puertas NOR
INPUTOUTPUT
SRQ
LLNO CAMBIA
LHL
HLH
HHESTADO INVALIDO

 

Este circuito también podemos transformarlo utilizando puertas NAND, para ello se utiliza un circuito integrado 7400 de la familia TTL que contiene 4 puertas NAND de 2 entradas. Hay que estar atento a la tabla de la verdad ya que tiene variaciones respecto al anterior.

Biestable SR asíncrono con puertas NAND

Biestable SR asíncrono con puertas NAND

 

Tabla de la verdad del biestable RS con puertas NAND
INPUTOUTPUT
SRQ
LLESTADO INVALIDO
LHH
HLL
HHSIN CAMBIO

 

En las tablas de la verdad nos encontramos con un estado que se denomina ESTADO INVALIDO, el biestable en esta situación no tiene una salida permanente para Q y Q. Para solucionar este problema tenemos que recurrir a otros modelos de biestable.

Biestable RS  síncrono

Biestable síncrono activado por nivel

Biestable síncrono activado por nivel

En los biestables síncronos existe una tercera entrada denominada CLK o también C que tiene como misión validar las entradas permitiendo que las señales S y R lleguen al biestable, a esta entrada se le conecta a una señal de reloj o de sincronismo.

Esta señal es activa por nivel alto, esto quiere decir que mientras este a nivel alto podemos cambiar el estado del biestable mediante las otras entradas S y R.

En las siguientes imágenes se puede ver como estarán dibujadas las diferentes señales que nos podemos encontrar.

Modos de activación de un biestable

Modos de activación de un biestable

 

Biestable SR síncrono

Biestable SR síncrono

 

Tabla de la verdad del biestable RS con puertas NAND síncrono
INPUTOUTPUT
CLKSRQ
LXXSIN CAMBIO
HLLESTADO INVALIDO
HLHH
HHLL
HHHSIN CAMBIO

 

Biestable D

El biestable tipo D se construye añadiendo un inversor a un biestable S-R sincrono. Según como activemos existen dos tipos:

  • Activo por nivel (alto o bajo), también denominado registro o cerrojo (latch en inglés).
  • Activo por flanco (de subida o de bajada).

Se conocen por el nombre de biestables de datos o seguidores. Tienen una única entrada D, que es copiada en el interior del biestable en los instantes de sincronismo.

 

Biestable-D con puertas NAND

Biestable D con puertas NAND

 

Biestable D con puertas NOR

Biestable D con puertas NOR

 

Tabla de la verdad del biestable D
INPUTOUTPUT
CLKDQ
LLNO CAMBIA
LHNO CAMBIA
HLL
HHH

 

Algunos de los modelos que podemos encontrar dentro de la familia TTL:

  • 4 Biestables. 7475, 7477, 74173, 74175, 74375, 74379.
  • 6 Biestables. 74174, 74378.
  • 8 Biestables 74100, 74116, 74273, 74373, 74374, 74377, 74363, 74364.

 

Biestable JK

Biestable JK

Biestable JK

Este biestable es de los mas usados su funcionamiento es idéntico al del biestable SR, la diferencia está en que el biestable J-K no tiene estados no validos como ocurre en el SR.
Las funciones de las entradas:
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.
Vemos también que en el biestable existen dos entradas adicionales, PR (preset o puesta a uno) y CLR (clear o puesta a cero), con ellas podemos modificar el estado del biestable de manera asíncrona.

Tabla de la verdad del biestable JK
INPUTOUTPUT
CLKJKQQ
XXXLH
nivelpositivoLLESTADO ANTERIORESTADO ANTERIOR
nivelpositivoHLHL
nivelpositivoLHLH
nivelpositivoHHCAMBIA ESTADOCAMBIA ESTADO

Algunos circuitos integrados de la familia TTL que incluyen biestables JK son:
7472, 7473, 7476, 7478, 74103, 74106, 74107, 74108, 74109, 74112, 74114 y 74276.

Biestable T

Biestable T

Biestable T

En la imagen vemos el símbolo normalizado del biestable T (Toggle) activo por flanco de subida,  este tipo es utilizado en contadores. Una señal repetitiva en la entrada de reloj CLK hace que el biestable cambie de estado por cada transición alto-bajo si su entrada T está a nivel 1. La salida de un biestable puede conectarse a la entrada de reloj de la siguiente y así sucesivamente. La salida final del conjunto considerado como una cadena de salidas de todos los biestables es el conteo en código binario del número de ciclos en la primera entrada de reloj hasta un máximo de 2n-1, donde n es el número de biestables usados.

Una cadena de biestables T como la descrita anteriormente también sirve para la división de la frecuencia de entrada entre 2n, donde n es el número de biestables entre la entrada y la última salida.

Tabla de la verdad del biestable T
INPUTOUTPUT
CLKTQ
LLL
LHH
HLL
HHESTADO ANTERIOR

 

Un modelo de biestable T lo podemos encontrar integrado en el contador 74393.



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