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Flip flops caracterización
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Azcapotzalco
DIVISION C.B.I.
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE DISEÑO LÓGICO
PRACTICA No. 7
“CARACTERIZACIÓN DE FLIP FLOPS”
EQUIPO NO. 5
INTEGRANTES DEL EQUIPO
MENDOZA PESCADOR ALBERTO - 2133002992
MORA CALDERÓN ANDRÉS - 2123032433
URIARTE REYES ASHLEY – 2133033773
PROFESOR: FRANCISCO JAVIER SANCHEZ RANGEL
GRUPO: CEL03
Trimestre 15I
Fecha de entrega: 26 de marzo 2015
OBJETIVOS:
1. Caracterizar un Flip-Flop de acuerdo con su tabla característica. 2. Caracterizar un Flip-Flop de acuerdo a su función característica. 3. Construir un Flip-Flop de un tipo a partir de uno de otro tipo. 4. Representar Flip-Flops en VHDL. 5. Armar un contador binario de 4 bits.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
Circuitos Secuenciales.
En la figura no. 1 se muestra el diagrama a bloques de un circuito secuencial, el cual
se forma de la interconexión de un circuito combinacional y unos elementos de
almacenamiento. Los elementos de almacenamiento son circuitos capaces de
almacenar información binaria. La información binaria almacenada en estos
elementos define el estado del circuito secuencial en cualquier momento. El
diagrama a bloques demuestra que las salidas de un circuito secuencial son
funciones no sólo de las entradas, sino también del estado presente de los elementos
de almacenamiento. El siguiente estado de los elementos de almacenamiento
también es una función de las entradas y del estado presente.
Los circuitos secuenciales se sincronizan por medio de dispositivos de sincronía,
llamado generador de reloj, que produce un tren periódico de pulsos de reloj, tal y
como se muestra en la figura no. 2.
Los circuitos secuenciales se clasifican en:
Circuitos Asíncronos: Depende de las entradas en cualquier instante y el orden
en el tiempo del cambio de las entradas.
Circuitos Síncronos: Se define por el conocimiento de sus señales en instantes
discretos de tiempo.
La sincronización de los circuitos secuenciales se puede realizar de varias maneras,
tal y como se muestra en la figura no 3.
Flip-Flops.
Algunos elementos de almacenamiento son conocidos como Flip-flops. Los Flip-flops
son celdas binarias capaces de almacenar un bit de información. En la figura no. 4
se muestra el diagrama a bloques de un Flip-flop.
Existe distintos tipos de Flip-flops, en la figura no. 5 se muestra las características de
los principales tipos de Flip-flops.
DESARROLLO TEÓRICO
1. Obtener la tabla característica y diagrama de conexiones de los Flip-Flops contenidos en los circuitos integrados 7473 y 7474. Explicar con tus palabras toda la información que te proporciona la tabla de 7473 y 7474.
Circuito Integrado 7473 – DIAGRAMA DE CONEXIONES
Tabla característica.
Explicación:
El C.I. 7473 contiene dos biestables de tipo J-K Master-Slave disparado por flanco de bajada.
Este circuito posee dos entradas de datos (J-K), y una entrada de reloj, independiente para cada biestable. Las salidas son complementarias. Los datos de las entradas son procesados después de un impulso completo de reloj. Mientras este permanece en nivel bajo el Slave está incomunicado del Master. En la transición positiva de reloj los datos de J y K se transfieren al master. En la transición negativa del reloj la información del Master pasa al Slave. Los estados lógicos de las entradas J y K debe mantenerse constantes mientras la señal de reloj permanece en nivel alto. Los datos se transfieren a la salida en el flanco de bajada de la señal de Reloj. Aplicando un nivel bajo a la entrada clear (CLR) la salida Q se pondrá a nivel bajo, independientemente del valor de las otras entradas.
Circuito Integrado 7474 – DIAGRAMAS DE CONEXIONES
Tabla característica
INPUT tn+1 OUTPUT tn+1
S R D Q Q
H L H L H
L H X H L
L L X * *
H H H H L
H H L L H
CI 7474
El * indica que este estado no es estable.
EXPLICACIÓN:
Este circuito integrado contiene dos flip flop, Latch o básculas tipo D activadas por flanco positivo.
El funcionamiento del circuito para que tengamos el valor de la entrada “D” en la salida Q se hará cuando tengamos un flanco positivo en la señal de reloj “T”. El terminal “S” (Set) si la colocamos a nivel bajo nos pondrá la salida “Q” a nivel “1” y el terminal “R” al ponerlo a nievel bajo pasa la salida “Q” a estar a nivel “0”.Las salidas son Totem Pole.
2. Obtener un Flip-Flop D a partir de un Flip_flop JK.
El flip-flop tipo D recibe su nombre por la habilidad de transmitir "datos" a un flip-flop. Es básicamente un flip-flop JK con un inversor en alguna de sus entradas en este caso en J. El inversor agregado reduce el número de entradas de dos a uno. Este tipo de flip-flop se llama algunas veces bloqueador D con compuertas o flip-flop de bloqueo. La entrada CLK se le da a menudo la designación variable G (de gate) para indicar que esta entrada esta habilita el flip-flop de bloqueo para hacer posible que los datos entren al mismo. Las figuras siguientes muestran el funcionamiento interno de los Flip-Flop´s.
Figura No. 5. Diagrama flip-flop JK
Figura. No. 6 Diagrama flip-flop D
3. Obtener un Flip-Flop T a partir de un Flip_flop JK.
El flip-flop T se obtiene del tipo JK cuando las entradas J y K se conectan para proporcionar una entrada única designada por T como se indica en las siguientes figuras. El flip-flop T, por lo tanto, tiene sólo dos condiciones. Cuando T = 0 (J = K = 0) una transición de reloj no cambia el estado del flip-flop. Cuando T = 1 (J = K = 1) una transición de reloj complementa el estado del flip-flop.
Figura No. 7. Flip-Flop J-K
Figura No. 8. Flip-Flop T
4. Utilizando flip-flops 7473(JK), armar un contador binario de 4 bits. Dibujar las conexiones que se deben hacer en el circuito de la figura siguiente.
Para construir un contador binario , al observar que cada bit más significativo con
respecto a el siguiente menos significativo tenía una frecuencia 2 veces mayor por lo
que se decidió que el contador fuera asíncrono y cada vez que un bit del flip-flop
menos significativo hiciera dos cuentas el siguiente hiciera una y así sucesivamente
hasta llegar al cuarto bit.
Para lograr lo anterior es necesario observar la tabla de verdad del flip-flop JK donde
tendremos que hacer que cada vez que el pulso de reloj interactúe con el circuito
integrado del JK cambie, este estado podría decirse de oscilación cuando J y K son
“1” hará que siempre cada vez que el pulso de reloj venga los flip-flop cambien su
estado de Q a Q’ y así lograr un contador para un bit.
También para poder recetar todo el contador en cualquier momento se pusieron todos
los clr (clear) de los circuitos en paralelo, así a decisión del operador el contador será
puesto a ceros en cualquier momento.
Así conectado en cascada los flip-flop se obtuvo el circuito siguiente con lo que se
encontró un contador binario de 4 bits asíncrono:
Diagrama de alambrado:
Figura No. 9 Diagrama de alambrado - contador binario 4 bits
5. Empleando la ecuación característica o la tabla característica, diseñe en VHDL un Flip-Flop
.
.
.
Architecture behavioral of flip flop j-k is begin Process(clk) Begin If(clk’event and clk=’1’ then q<=(j and not q) or (not k and q); q2<= not(j and not q) or (not k and q); end if; end process; end behavioral;
MATERIAL:
Circuitos integrados: 2-74LS73, 1-74LS74
4 LEDs.
Tableta de conexines.
Alambre telefónico.
Cables de conexiones de alimentación.
Pinzas de punta, de corte y de pelar.
Manual TTL data Book.
EQUIPO:
Fuente de voltaje de 5 V.
Generador de funciones.
Tarjeta de desarrollo NEXYS 3.
DESARROLLO TEÓRICO
i. Comprobar experimentalmente el funcionamiento de los Flip-Flops 7473 y 7474, de acuerdo con su tabla y con Freloj = 10 Hz. FLIP FLOP 7473 (JK)
Cuando tenemos el caso en el que J = K = 1 entonces tenemos que el Flip-Flop se complementa. Ver figura no. 10 simulación
Figura No. 10 Simulación
Diagrama de alambrado flip flop JK:
Figura No. 11. Diagrama de alambrado – Flip-Flop JK
FLIP FLOP 7474 (D)
Cuando J = K = 1; en el Flip-Flop se comporta sin cambio alguno al mantener el estado Q. Ver figura no. 12 simulación
Figura No. 12 Simulación
Diagrama de alambrado flip flop D:
Figura No. 13. Diagrama de alambrado – Flip-Flop D
ii. Comprobar el funcionamiento del Flip-Flop tipo D obtenido en el inciso 2 del desarrollo teórico.
Al comprobar el funcionamiento del Flip-Flop tipo “D” su funcionamiento fue el
siguiente; cuando D = 1, la salida del Flip-Flop se va al estado uno, pero si D = 0
entonces la salida se va al estado cero. En consecuencia podemos notar que D = Q.
Tabla característica del Flip-Flop tipo D
Es importante hacer notar que este Flip-Flip tipo D está elaborado con el Flip-Flip tipo
JK el cual tiene como función evitar la indeterminación Q´= Q.
Flip flp D a partir de un JK
Figura No. 14. Flip-Flop D
Diagrama de alambrado del flip-flop D a partir de un JK
Figura No. 15 Diagrama de alambrado – Flip-Flop D a partir de un JK
En la siguiente imagen se observa el funcionamiento del flip-flop tipo D, en el cual
enciende solo un led (en este caso el de color rojo), es decir solo enciende un led a
la vez ya que para que encienda el otro led tiene que cambiar el estado del primer
led.
Figura No. 16. Flip-Flop D a partir de un JK
iii. Comprobar el funcionamiento del Flip-Flop tipo T obtenido en el inciso 3 del desarrollo teórico.
Analicemos que cuando T = 0 una transición de reloj no cambia el estado del Flip-
Flop, y cuando T = 1 la transición de reloj complementa el estado del mismo. Observe
que su ecuación característica es similar a la de una OR-Exclusiva.
Tabla característica del Flip-Flop tipo T
Flip-flop T a partir de un JK
Figura No. 17. Flip-Flop T
Diagrama de alambrado del flip-flop T a partir de un JK
Figura No. 18 Diagrama de alambrado – Flip-Flop T
En la siguiente imagen se observa el funcionamiento del flip-flop tipo T, en el cual
enciende solo un led (en este caso el de color rojo) al estar el 1 del dip switch arriba,
se enciende el led que le corresponde a Q’. Por lo tanto cumple con los que se tiene
en la tabla característica.
Figura No. 19. Flip-Flop T a partir de un JK
iv. Comprobar el funcionamiento del contador binario obtenido en el inciso 4 del desarrollo teórico.
Para armar el circuito de alambrado del punto 4 que se construyó a base del análisis
de los flip-flops, se utilizaron resistencias de 220 ohm para evitar daños al circuito, 4
diodos led rojos para visualizar el conteo de los flip-flop puestos en cascada,2
circuitos 74LS73 (JK), Para nuestro caso utilizamos un circuito 555 para simular un
pulso de reloj donde se utilizaron 2 resistencias y un capacitor de valores arbitrario
hasta que la frecuencia fuera una donde se pudiera distinguir el conteo. El circuito
quedo armado de la siguiente manera:
Figura No. 20 RTL - contador binario 4 bits
Una vez armado el circuito de alambrado se procedió a comprobar el conteo, cuando
se conectó el protoboard a la corriente se observó que efectivamente el contador
daba los valores desde el 0 hasta el 15 y regresaba a cero, además se podía resetear
en cualquier instante que se deseara hacerlo. Por lo que se comprobó que el circuito
de alambrado fue l correcto.
v. Implementar en VHDL el Flip-Flop JK
1.- Implementamos la función booleana para el flip-flop JK, q<=(j and not q) or (not k and q); q2<= not(j and not q) or (not k and q); a cada paso de reloj “clk”.
2.- Sacamos la tabla de vedad asignando valores en JK y vemos el comportamiento
de este con cada paso de reloj.
3.- Esquematizamos el algoritmo
4.-Asignamos nombres a los pines, el reloj va en la entrada “LOC=’V10’”, en nuestro
código le pusimos el nombre de clk100m, a “J” y a “K” le asignamos los switches
“T9” y “T10” respectivamente y las salidas “q” y “q2” e los LED “U16” y “V16”
respectivamente.
CONCLUSIONES
En la práctica que se realizó en el laboratorio de diseño lógico, se comprobó el
funcionamiento de algunos de los flip-flops como el JK, D y T, viendo sus estados
diferentes y analizando la tablas de verdad se pudo comprobar cuáles de estos eran
sus estados de oscilación y los de mantenerse en el mismo estado, también se
obtuvieron las funciones características de cada flip-flop utilizado con las salidas de
cada uno y así diferencia uno del otro. También se comprendió que a partir de
algunos flip-flop se pueden obtener otros diferentes, en nuestro caso obtuvimos flip-
flops D y T a partir del JK.
Por otra pare en VHDL se pudo representar un flip-flop con una serie de procesos en
los que se simulan algunos eventos, aquí mismo se pudo caracterizar un flip-flop JK
y se comprobó la tabla de verdad de este y su función característica.
Además se dedujo a partir del análisis a los flip-flop JK, que estos pueden utilizarse
en muchos circuitos donde, a diferencia de los circuitos combinatorios, se necesiten
prestablecer reglas o ciertos estados para que funcionen de acuerdo a un
seguimiento, además de poder adquirir la capacidad de la memoria. Con lo que por
lo anterior se construyó un contador binario módulo 16 a partir de las características
que ofrece un flip-flop JK donde se observó y analizaron los resultados de los cuales
se comprobó el funcionamiento del contador armado.
Se concluyó que utilizando un análisis correcto de los estados, tablas de verdad, un
buen razonamiento del problema que se proponga y el uso de flip-flop, se pueden
construir circuitos que funcionen sin la entera dependencia de una perturbación de
algún operador, además de dar la capacidad de una memoria y poder funcionar de
acuerdo a una rutina que se diseñe previamente a el armado del circuito.
MENDOZA PESCADOR ALBERTO.
Caracterizamos varios flip flop de acuerdo a su función y de acuerdo a su función y
también hicimos los demás flip flop usando solo el JK y vimos que tenía una
indeterminación el flip flop JR y con los flip flop podemos armar coNtadores en
ascendente o descendente gracias a su paso de reloj por lo cual se haría como un
contador “automático” hasta dicho número binario, el cual se puede usar con u
convertidor 7 segmentos de display.
MORA CALDERON ANDRÉS
En esta práctica conocimos a los flip-flops y su funcionamiento, en base a la
información teórica que se investigó y a la obtenida en clase. Existes distintos tipos
de flips flops: Tipo D, Tipo T, Tipo JK y Tipo SR, los primeros 3 están formados
básicamente por el tipo SR, Cabe mencionar que cada flip-flop cumple una función
especial, mejora o corrige algún error, por ejemplo en el flip-flop tipo SR ocurre una
indeterminación cuando “S” Y “R” tienen el valor de “1” lógico y Q de 0 y 1, es decir
que Q=Q ´lo cual es incorrecto, para evitar esta indeterminación se creó el flip-flop
tipo D, el cual lleva un inversor al inicio para que no ocurra esta situación.
El flip-flop JK es universal debido a que forma parte de los flips-flops tipo D, T Y SR,
y que el tipo T fue parte fundamental en el circuito del contador.
Dicho todo lo anterior se cumplió con los tres primeros objetivos de esta práctica, es
decir, caracterizar flip flops mediante su función y tabla características. Al igual que
la construcción de un tipo de flip flop a otro.
En el VHDL la simulación se hizo de una forma más clara gracias a las tablas de
caracterización previamente obtenidas.
Se concluye que la utilización de Flip flops no sirve como memoria básica para
operaciones lógicas secuenciales, es decir para el almacenamiento y transferencia
de datos digitales.
URIARTE REYES ASHLEY
BIBLIOGRAFIAS http://html.rincondelvago.com/electronica-y-circuitos-secuenciales.html
http://www.unicrom.com/dig_FF_JK.asp
http://www.unicrom.com/dig_FF_RS_nand.asp
http://logica-digital.blogspot.mx/2007/11/el-flip-flop-j-k-contadores.html
http://carteleras.webcindario.com/contador-ff.pdf