Circuitos Secuenciales y Asíncronos: Fundamentos, Flip-Flops y Aplicaciones

Circuitos Secuenciales vs. Circuitos Asíncronos

Los circuitos secuenciales son aquellos cuyas salidas no solo dependen de las entradas actuales, sino también de su estado anterior. Esto les permite tener 'memoria'. Se dividen principalmente en asíncronos y síncronos.

Circuitos Asíncronos

Solo tienen entradas de control. El cambio en las entradas de control provoca un cambio inmediato en las salidas (sujeto únicamente a los retardos de propagación internos). El más empleado es el biestable RS.

Circuitos Síncronos

Además de las entradas de control, tienen una entrada de sincronismo o de reloj. Las entradas de control se consideran síncronas si su efecto sobre el estado interno y las salidas depende del pulso de reloj; en caso contrario, son asíncronas (como las entradas Set y Reset directas). Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.

La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o bajada).

• Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D.
• Dentro de los activados por flanco están los tipos JK, T y D.

El Flip-Flop (Biestable)

El flip-flop es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario (utilizado para memorizar información).

Características del Flip-Flop

• Poseen 2 salidas complementarias (Q y Q').
• Si Q está en 1 y Q' en 0, el biestable está 'inicializado' o SET.
• Si Q está en 0 y Q' en 1, el biestable está 'reinicializado', 'inactivo', 'borrado' o RESET.
• El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo de cómo se controle este cambio, se dividen en síncronos y asíncronos.

Tipos Comunes de Flip-Flops

Flip-Flop RS

Acepta dos entradas de control (R y S). La combinación S=1, R=0 'graba' (pone Q a 1). La combinación S=0, R=1 'borra' (pone Q a 0). La combinación S=1, R=1 es un estado 'prohibido' o 'indeterminado' en el RS básico.

Flip-Flop Tipo D

La salida Q toma el valor de la entrada D en el momento del pulso de reloj (o activación). Es útil para almacenar un bit de dato.

Flip-Flop Tipo T

'Conmuta' o 'togglea' su estado (Q) si la entrada T es 1 en el momento del pulso de reloj. Si T es 0, mantiene el estado anterior. (Q_n+1 = T XOR Q_n).

Flip-Flop JK

Es una versión mejorada del RS. J actúa como 'Set' y K como 'Reset'. La diferencia clave es que la combinación J=1, K=1 no es prohibida, sino que 'invierte' o 'conmuta' el estado actual de la salida.

Otros Circuitos Secuenciales

Contador Binario (en potencia de 2)

Se construye típicamente usando flip-flops JK configurados como 'toggle' (J=K=VCC). La salida de cada flip-flop se conecta a la entrada de reloj (CK) del siguiente, creando una cascada que cuenta en binario.

Registro de Desplazamiento Serie

Los datos entran o salen bit a bit, un bit por cada pulso de reloj.

Registro de Carga Paralela

Los datos pueden cargarse en paralelo (todos a la vez). En un registro de desplazamiento paralelo, los datos también pueden salir en paralelo.

Ejemplos de Sistemas

Ejemplo de Circuito Secuencial Simple

Generador de pulso → Contador → Decodificador (por ejemplo, a decimal).

Bloques de un Cronómetro Digital Simple

Generador de pulso → Contador de década (BCD) → Decodificador BCD a 7 segmentos → Display de 7 segmentos → Lógica de control (inicio/parada/reset).

Ejemplo de Sistema Asíncrono

Semaforo (controlado por temporizadores, no por un reloj global único para todos los cambios).

Ejemplo de Sistema Síncrono

Reloj Digital (todos los cambios de estado ocurren sincronizados con un pulso de reloj central).