Circuitos secuenciales: concepto de Estado

En los sistemas secuenciales la salida Z en un determinadoinstante de tiempo ti depende de X en ese mismo instante detiempo ti y en todos los instantes temporales anteriores. Para elloes necesario que el sistema disponga de elementos de memoriaque le permitan recordar la situación en que se encuentra (estado).

Concepto de Realimentación

Un sistema secuencial dispone de elementos de memoria cuyo contenidopuede cambiar a lo largo del tiempo.El estado de un sistema secuencial viene dado por el contenido de suselementos de memoria.Es frecuente que en los sistemas secuenciales exista una señal que inicia loselementos de memoria con un valor determinado: señal de inicio (reset).La señal de inicio determina el estado del sistema en el momento del arranque (normalmente pone toda la memoria a cero).La salida en un instante concreto viene dada por la entrada y por el estadoanterior del sistema.El estado actual del sistema, junto con la entrada, determinará el estado enel instante siguiente realimentación.

Concepto de biestable

Un biestable es un dispositivo capaz de almacenar un bit (1 ó 0).

Principio de funcionamiento de un biestable: Utilizando realimentación entre puertas se puede mantener (almacenar) un valor estable hasta que cambien las condiciones de entrada.

U1A

74LS32N

S1

Key = Space

V1

5 V

X1

2.5 V

INICIO

S(T+1)=E+ S(T)

S(T+1)=E+ S(T)

Sincronismo

• Tipos de sistemas secuenciales:• Asíncronos: pueden cambiar de estado en cualquier instante de

tiempo en función de cambios en las señales de entrada.• Síncronos: sólo pueden cambiar de estado en determinados

instantes de tiempo, es decir, están “sincronizados” con una señal de reloj (Clk). El sistema sólo hace caso de las entradas en los instantes de sincronismo.

• Tipos de sincronismo:• Sincronismo por nivel (alto o bajo): el sistema hace caso de las

entradas mientras el reloj esté en el nivel activo (alto o bajo).• Sincronismo por flanco (de subida o de bajada): el sistema hace

caso de las entradas y evoluciona justo cuando se produce el flanco activo (de subida o de bajada).

Entradas asíncronas

Normalmente los biestables síncronos cuentan con entradas asíncronasque se utilizan para forzar un valor determinado en los mismos al margen delreloj.Puesta a 0 asíncrona: clear (n. bajo, activado cuando clear=0), reset (n. alto,activado con reset=1).Puesta a 1 asíncrona: preset (n. bajo, activado cuando preset=0), set (n. alto,activado cuando set=1).Las entradas asíncronas de un biestable actúan al margen de las síncronas yprevalecen sobre ellas. Son muy útiles para iniciar o reiniciar el sistema conun estado inicial determinado. Las entradas asíncronas por nivel bajo se representan por un circulito o burbuja.

Parámetros temporales de los biestables

Tiempo de propagación o retardo (delay time): Tiempo necesario para que el efecto de un cambio en la entrada se haga estable en la salida.Tiempo de establecimiento (setup time): Tiempo mínimo anterior al flanco de disparo en que las entradas no deben variar (tiempo necesario para que el biestable asiente las entradas antes del flanco).Tiempo de mantenimiento (hold time): Es el tiempo máximo posterior al flanco de disparo en que las entradas no deben variar (tiempo necesario para que el biestableprocese las entradas).Anchura del reloj tWH y tWL: Duración mínima necesaria para los pulsos de nivel altoy bajo respectivamente.Frecuencia máxima fmax: Máxima frecuencia permitida al reloj del biestable. Si sesupera, el biestable puede funcionar mal.Tiempo de preset y clear: Es el tiempo mínimo que debe durar el nivel activo de lasentradas asíncronas de puesta a 1 y puesta a 0 para que el biestable tome el valorpertinente. Este tiempo suele estar incluido en tpLH y tpHL respectivamente.

Ejemplo de biestables: Tipo D

Biestables D: también llamados biestablesseguidores o biestables de datos.

Cuenta con una única entrada D que se copia al interior del biestable en los instantes de sincronismo.

Sólo tiene sentido en modo síncrono (por nivel o por flanco). La entrada D es activa por nivel alto.

Biestable D síncrono por nivel

Biestable D síncrono por flanco

Biestable D por nivel con entradas asíncronas

Biestable D por flanco con entradas asíncronas

Biestables D síncronos por flanco conhabilitación de entrada y de salida

A veces es conveniente que los biestables síncronos por flanco no cambien deestado en todos los flancos del reloj, sino sólo en algunos. Para ello se les dota de una entrada de habilitación de reloj (clock enable, CE) activa por nivel.Si CE está activa “habilita” el efecto de los flancos del reloj.Si CE está inactiva inhibe los flancos del reloj preservando el estado del biestable.En ocasiones los biestables están dotados de un buffer triestado interpuestoentre el valor del estado y la salida, regulado por una entrada de habilitaciónde la salida (output enable, OE) activa por nivel alto o bajo.Si OE está activa, la salida del biestable es 1 ó 0 y coincide con el estado.Si OE está inactiva, la salida del biestable queda desconectada en altaimpedancia (Z).

Un ejemplo de un circuito secuencia

Representación de los sistemas secuenciales.

De igual forma que existe unarepresentación de los sistemascombinacionales (mediante tablas decombinaciones), los sistemassecuenciales también tienen susformas de representación.Éstas son algo más complejas,debido a la dependencia temporal.Así, podemos encontrar lassiguientes formas equivalentes,mostradas en la siguiente figura :• Diagrama de estados, es un grafoorientado en el que cada nudo es unestado y cada transición indica elcambio, tanto de estado como desalida, respecto a un cambio enalguna de las señales de entradas.

Representación de los sistemas secuenciales.

Tablas de estado y desalida, es unarepresentación tabular delgrafo anterior. Las entradasse representan comocolumnas, y los estadospresentes como filas; y en elinterior de cada celda, seindica el próximo estado y elvalor que tomará la salidacuando sufra la transición.

• Cuando el sistema está en el estado A y la señal de entrada vale ‘0’, pasaremos al estado B con un valor de salida igual a ‘1’.

• Cuando el sistema está en el estado A y la señal de entrada vale ‘1’, pasaremos al estado C con un valor de salida igual a ‘0’.

• Cuando el sistema está en el estado B y la señal de entrada vale ‘0’, no cambiaremos de estado pero el valor de salida será igual a ‘1’.

Cuando el sistema está en el estado B y la señal de entrada vale ‘1’, pasaremos al

estado D con un valor de salida igual a ‘0’.

• Cuando el sistema está en el estado C y la señal de entrada vale ‘0’, pasaremos al

estado A con un valor de salida igual a ‘0’.

• Cuando el sistema está en el estado C y la señal de entrada vale ‘1’, pasaremos al

estado D con un valor de salida igual a ‘0’.

• Cuando el sistema está en el estado D y la señal de entrada vale ‘0’, pasaremos al

estado C con un valor de salida igual a ‘1’.

• Cuando el sistema está en el estado D y la señal de entrada vale ‘1’, pasaremos al

estado C con un valor de salida igual a ‘0’.

• Tablas de estado y de salida, es una representación tabular del grafo anterior. Las entradas se representan como columnas, y los estados presentes como filas; y en el interior de cada celda, se indica el próximo estado y el valor que tomará la salida cuando sufra la transición.