Fundamentos de Circuitos Combinacionales y Secuenciales en Electrónica Digital

Introducción a los Sistemas Lógicos

Un circuito combinacional es aquel sistema lógico cuya salida depende en todo momento de los valores binarios que adopten las variables de entrada. Por otro lado, un circuito secuencial es aquel cuya salida, en cualquier momento, depende no solo de la entrada al circuito en ese instante determinado, sino también de la evolución que haya experimentado anteriormente; es decir, de la secuencia de entradas a la que estuvo sometido.

Aplicaciones de los circuitos combinacionales

Las principales aplicaciones de estos sistemas incluyen:

• Realización de funciones lógicas: En muchos casos, dada la gran variedad de circuitos integrados existentes, utilizar dichos circuitos resulta más eficaz que emplear puertas simples. Estas aplicaciones se encuentran frecuentemente en sistemas de control.
• Realización de sistemas de procesamiento: Sistemas en los que ciertos códigos procesan datos representativos de magnitudes numéricas, las cuales se transforman y someten a operaciones lógicas o aritméticas.

Circuitos disponibles comercialmente

Dentro de la oferta comercial, destacan los siguientes dispositivos:

• Decodificadores: Es un circuito integrado combinacional que presenta n entradas o líneas de selección y N salidas o líneas seleccionadas. El más sencillo de todos es el que tiene 2 entradas y 4 salidas. Los decodificadores pueden ser de nivel activo:
  • Alto: Una línea se encuentra activa cuando está a 1.
  • Bajo: Una línea se encuentra activa cuando está a 0.
• Demultiplexor: Un circuito demultiplexor es un sistema que posee una entrada de información, n líneas de control y N salidas.
• Codificadores: Un codificador es un circuito integrado combinacional que presenta N líneas de entrada y n líneas de salida, en las que aparece el código binario correspondiente a la línea de entrada activa en ese momento.
• Multiplexor: Es un circuito combinacional que presenta n líneas de control, N entradas y una salida. En la salida aparece el valor de la línea de entrada seleccionada por el código binario de las líneas de control.
• Convertidores: Los convertidores de código permiten el paso de un código presente en las señales de entrada a otro distinto en las señales de salida.

Aplicaciones de los circuitos combinacionales a cálculos aritméticos

Circuito Sumador

Para poder realizar la suma de dos números binarios, resulta necesario disponer de una unidad sumadora elemental. Para dos bits, debe ser capaz de sumar ambos dígitos más la etapa sumadora anterior, para obtener así la salida del dígito de suma y el acarreo que conlleva la siguiente etapa.

Circuitos Secuenciales

Son aquellos capaces de memorizar el estado de las entradas y convertirlo en un estado interno propio del sistema; la salida no depende solo de la entrada, sino también del estado interno.

Clasificación

• Asíncronos: Los cambios de estado tienen lugar cuando están presentes las entradas adecuadas.
• Síncronos: Los cambios de estado tienen lugar cuando, además de estar presentes las entradas adecuadas, se produce la transición de una cierta señal compartida por todos los biestables que sincroniza su funcionamiento.

Tabla de frases

Es una manera de representar gráficamente el funcionamiento de un circuito, lo que permite implementarlo a continuación mediante puertas lógicas. En las filas de la tabla se representan los estados estables por medio de un número rodeado de un círculo (solo uno por cada fila). De un estado estable a otro se pasa por medio de una transición representada por el número del estado destino sin el círculo. Dos líneas de la tabla de frases son reducibles si en las mismas líneas y columnas aparecen los mismos números o bien guiones.

Biestables

Biestables asíncronos: Biestable R-S

Es un dispositivo muy sencillo capaz de almacenar el estado binario de una variable. Las entradas son R y S, y las salidas son Q y Q negada. Su comportamiento depende del tipo de biestable, según sea de inscripción prioritaria o de borrado prioritario.

Biestables síncronos

• Edge-triggered (Disparados por flanco): La señal de reloj y su negada se suman por medio de una puerta AND, de modo que la salida de esta es la nueva señal del reloj.
• Master-slave (Maestro-esclavo): Se usan dos biestables en cascada: el primero actúa como master y el segundo como slave.
• Biestable T: Cambian de estado durante los pasos de 0 a 1 o de 1 a 0 de una señal de entrada designada como T, obteniéndose así una señal cuya frecuencia es la mitad de la correspondiente a la señal de entrada.
• Biestables LATCH y Biestables D.