Circuitos secuenciales: asíncronos, síncronos y flip-flops

Resumen

El documento explica los circuitos secuenciales, cuyas salidas dependen también de su estado anterior, y sus dos grandes familias: asíncronos y síncronos. Describe el flip-flop como elemento de memoria y repasa los tipos RS, D, T y JK, junto con contadores y registros de desplazamiento y ejemplos de sistemas.

Puntos clave

Los circuitos secuenciales tienen memoria, ya que sus salidas dependen de las entradas actuales y del estado anterior.
Los circuitos asíncronos solo tienen entradas de control; los síncronos añaden una entrada de reloj.
La entrada de sincronismo puede activarse por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada).
El flip-flop RS no admite la combinación S=1, R=1, que es un estado prohibido en el RS básico.
En el flip-flop D la salida Q toma el valor de D en el pulso de reloj; en el T, Qn+1 = T XOR Qn.
En el JK, la combinación J=1, K=1 invierte el estado de la salida, a diferencia del RS.

Ponte a prueba

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).

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un circuito secuencial y uno combinacional?

Los circuitos secuenciales tienen memoria: sus salidas dependen también de su estado anterior. Esa es la idea central que define a los circuitos secuenciales frente a los que solo dependen de las entradas actuales.

¿Qué diferencia hay entre un circuito asíncrono y uno síncrono?

Los asíncronos solo tienen entradas de control y reaccionan de inmediato a sus cambios. Los síncronos tienen además una entrada de reloj, de modo que sus cambios dependen del pulso de reloj.

¿Cómo se construye un contador binario?

Se construye típicamente con flip-flops JK configurados como toggle (J=K=VCC), conectando la salida de cada flip-flop a la entrada de reloj del siguiente en cascada.