REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”. ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA (44)
FLIP-FLOP TIPO D
Profesor: Ing. Jesús Rondon
Bachiller: Yuselys, Saavedra C.I 23.539.518 Zulimar, Villanueva C.I 26.101.406 Marife, Alonso C.I 23.898.628 Jesús, Roque C.I 18.899.433
Sección: “C” Turno: (Nocturno)
Maturín, Octubre del 2015 INTRODUCCIÓN
Los Flip-Flop han sido importantes desde la era de la electrónica porque ha permitido generar o idear nuevas soluciones a muchos de los procesos computacionales hoy en día, Partiendo de lo que sabemos podemos decir que un flip-flop tiene diversos usos como para guardar datos, temporizarlos hacer contadores invertir señales su lógica está muy relacionada con la de los plc de las industrias. Además de esto nos preguntaremos ¿para qué sirve un flip-flop en sí mismo? La respuesta son las memorias, básicamente son sistemas que pueden almacenar uno o más datos evitando que se pierdan, hasta que nosotros lo consideremos necesario, es decir, pueden variar su contenido a nuestra voluntad. El corazón de una memoria son los Flip-Flop, este circuito es una combinación de compuertas lógicas, A diferencia de las características de las compuertas solas, si se unen de cierta manera, estas pueden almacenar datos que podemos manipular con reglas preestablecidas por el circuito mismo. Existen diversos tipos de flip-flops tenemos el J-K, R-S, T y el que mencionaremos hoy es el tipo D que solo cuenta con una sola entrada para hacer los cambios de las salidas, una de sus aplicaciones de mayor uso para este tipo de FF es al de la transferencia de datos de forma paralela, conectando varios FF tipo "D" a X número de bits, podemos hacer que la información de todos los bits pase inmediatamente a la salida de cada FF con sólo un pulso de reloj.
¿QUÉ ES UN FLIP-FLOP?
El flip flop es un elemento básico de memoria que es capaz de almacenar un número binario (bit), es decir, que permanece indefinidamente en uno de sus dos estados posibles aunque haya desaparecido la señal de excitación que provocó su transición al estado actual. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en: Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS. Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj.
TIPOS DE FLIP-FLOP
Biestable R-S Biestable T Biestable J-K Biestable D En esta ocasión vamos a hablar a profundidad del Flip-Flop de tipo D de su
funcionamiento, de las aplicaciones que se le dan a este elemento de memoria entre otras. Se realizara un proyecto en el que se verá cómo se encuentra conectada pero, hablaremos de eso más adelante.
¿QUÉ ES UN FLIP-FLOP TIPO D? El flip-flop tipo D es un elemento de memoria que puede llegar a almacenar información en forma de un "1" o "0" lógicos. Este flip-flop tiene una entrada D y dos salidas Q y Q´. También tiene una entrada de reloj, que en este caso, nos indica que es un Flip-Flop disparado por el borde o flanco descendente. Si el flip flop se disparara por el borde ascendente sólo aparecería el triángulo.
El flip-flop tipo D adicionalmente tiene dos entradas asincrónicas que permiten poner a la salida Q del flip-flop, una salida deseada sin importar la entrada D y el estado del reloj. Estas entradas son las siguientes:
PRESET (poner) y CLEAR (Borrar).
Figura N°1. Simbología de un Flip-Flop tipo D
La figura anterior es la simbología típica de un flip-flop de tipo D en el cual se muestra todo lo que ya se explicó anteriormente. A medida que se lea el contenido es recomendable ir ubicando cada elemento.
MODOS DE DISPARO DEL FLIP FLOP TIPO D Al depender del tipo de entrada de reloj que se tenga va a causar un cambio diferente en la salida. Se mostrará a continuación una serie de diagramas en los que se explica cada entrada de reloj del Flip-Flop tipo D. En la Figura N°2 se muestra un gráfico el cual va a sufrir un cambio en el estado del Flip-Flop tipo D (se debe observar la salida Q) cuando en la entrada de reloj se detecte un nivel positivo. Cuando en nivel del reloj es alto se lee la entrada del flip-flop D y se pone en la salida Q el mismo dato
Figura N°2 En el caso que se muestra en la Figura N°3 habrá un cambio en el estado del flip-flop tipo D cuando en la entrada de reloj se detecte un nivel negativo. Cuando en nivel del reloj es alto se lee la entrada del flip-flop tipo D y se pone en la salida Q el mismo dato.
Figura N°3 En la Figura N°4 se muestra un caso en el que se tendrá un cambio en el estado del flip-flop tipo D cuando en la entrada de reloj se detecte el momento en que el nivel pase de bajo a alto. Cuando en nivel del reloj cambia de bajo a alto se lee la entrada del flip-flop D y se pone en la salida Q el mismo dato
Figura N°4 En el caso mostrado en la Figura N°5 existirá un cambio en el estado del flipflop tipo D cuando en la entrada de reloj se detecte el momento en que el nivel pase de alto a bajo.
Cuando en nivel del reloj cambia de alto a bajo se lee la entrada del flip-flop (D) y se pone en la salida Q el mismo dato.
Figura N°5
FUNCIONAMIENTO: Activo por nivel alto y Activo por flanco de subida. El flip-flop D resulta muy útil cuando se necesita almacenar un único bit de datos (1 o 0). Si se añade un inversor a un flip-flop S-R obtenemos un flip-flop D básico. El funcionamiento de un dispositivo activado por el flanco negativo es, por supuesto, idéntico, excepto que el disparo tiene lugar en el flanco de bajada del impulso del reloj. Recuerde que Q sigue a D en cada flanco del impulso de reloj. Para ello, el dispositivo de almacenamiento temporal es de dos estados (alto y bajo), cuya salida adquiere el valor de la entrada D cuando se activa la entrada de sincronismo, C. En función del modo de activación de dicha entrada de sincronismo, existen dos tipos: Activo por nivel (alto o bajo), también denominado registro o cerrojo (latch en inglés). Activo por flanco (de subida o de bajada). La ecuación característica del biestable D que describe su comportamiento es: Qsiguiente= D
Figura Nº 6 Su tabla de la verdad se vería reflejada tal como se muestra a continuación.
D
Q Qsiguiente
0
X
0
1
X
1
X=no importa Figura Nº 7 Esta báscula puede verse como una primitiva línea de retardo o una retención de orden cero (zero order hold en inglés), ya que los datos que se introducen, se obtienen en la salida un ciclo de reloj después. Esta característica es aprovechada para sintetizar funciones de procesamiento digital de señales (DSP en inglés) mediante la transformada Z. Ejemplo: 74LS74
UTILIDAD: Una de las aplicaciones de mayor uso para este tipo de FLIP-FLOP es al de la transferencia de datos de forma paralela, en la cual se conectan varios FLIPFLOP de tipo "D" a X número de bits, causando de esta manera que la información de todos los bits pase inmediatamente a la salida de cada FLIP-FLOP con sólo un pulso de reloj.
MATERIALES -Cables UTP -1 Protoboard -1 pulsador -3 Diodo LED (verde, amarillo, rojo) -1 condensador de 47µf -5 resistencias de 1k -1 circuito integrado LM555 -2 circuitos integrados 74LS00 (Compuerta lógica NAND) ESTIMADO DE COSTO DEL PROYECTO Dicho proyecto sobre el Flip-flop D es algo costoso hacerlo debido al incremento excesivo de los precios actualmente, sin embargo, el gasto fue compartido a continuación una lista de precios y el precio total de este proyecto. NOMBRE DEL
PRECIO/ UNIDAD
TOTAL
COMPONTENTE Circuito
integrado
74LS00 Pulsador Diodo Led Condensador
900 bs (2)
1800 Bs
90 bs (1) 60 bs (3) 60 bs (1)
90 Bs 180 Bs 60 bs
electrolítico de 47uF Resistencias de 1 KΩ 30 bs (5) Circuito integrado 300 bs (1)
150 bs 300bs
Lm555 COSTO TOTAL
2580Bs
PROCEDIMIENTO Los pasos que se dieron para el ensamblaje del Flip-Flop tipo D fueron los siguientes que se explicaran a continuación: MONTAJE DEL LM555 COMO ASTABLE
Primeramente se ensamblo el circuito integrado 555 como astable para poder generar la señal de reloj que se necesita en el flip flop tipo D, ya que este es sincronizado podemos ver en la figura nº8 el Datasheet de dicho
circuito
integrado.
Figura Nº 8. Datasheet del Circuito integra 555. El diagrama eléctrico para montar el astable se puede observar en la figura Nº 9
Figura Nº 9. Diagrama eléctrico del 555 como astable. En la figura nº9 se observa el diagrama eléctrico del astable con el 555, cabe destacar que la VR1 se cambió por una resistencia fija de valor 1KΩ y los 9V se redujeron 5V, en la figura nº 10 se puede ver el 555 como astable.
Figura Nº 10. Montaje en real en protoboard del circuito 555 como astable. MONTAJE DEL FLIP FLOP TIPO D Se colocan las dos compuertas lógicas 74LS00 o las compuertas NAND una debajo de la otra donde la ranura este apuntado al final de la otra en el protoboard cuidando de que todas los pines estén perfectamente encajadas en el fondo de la placa luego se procede a conectar las compuertas. El Datasheet de la compuerta 74LS00 se puede observar el la figura n º11.
Figura Nº 11. Datasheet del circuito integra 74LS00. Teniendo en cuenta esto, lo primero que hicimos fue poner las dos compuertas a tierra cabe destacar que este circuito integrado contiene dentro del 4 compuertas NAND, lo que es bastante factible ya que no se tienen que comprar cada una individualmente.
Figura Nº 12. Montaje real en protoboard de las compuertas y algunas conexiones.
Figura Nº 13. Diagrama de los dos circuitos integrados 74LS00 conectados para formar un flip flop tipo D. En la figura nº 13 se observa un diagrama donde se puede apreciar cómo están conectados ellos de manera real.
SUGERENCIAS
Al realizar este tipo de circuitos se tiene que tener mucha paciencia, ya que suele ser un poco enredado y en muchas ocasiones esto causa que la persona que lo está ensamblando se equivoque. Se podrían modificar las resistencias dependiendo el valor del voltaje si el voltaje es muy mínimo como en este caso 5V las resistencias no tienen que pasar de 1KΩ porque puede suceder que los led de salida Q y Q’ no prendan. Se tiene que tener muchísimo cuidado con las compuertas 74LS00 ya que son muy sensibles y la estática la puede dañar. Es necesario siempre conocer los Datasheet de los circuitos equivalentes para saber su voltaje y corriente máxima y de esta forma no dañarlos. Es recomendable al armar proyectos de este tipo contar con todos los materiales necesarios e implementos para no haber fallas. Por estética y para lograr un mejor circuito eléctrico es recomendable usar cables utp de un solo color para conexiones entre las compuertas, un color para la tierra y un color para la alimentación. En cuanto al Astable las resistencias pueden variar dependiendo del circuito que se haya encontrado, pero tú eliges como hacerlo en nuestro caso, modificamos la VR1 porque sabemos que eso es para graduar la velocidad o los parpadeos que da el LED. Siempre es necesario contar con LED de distintos colores en las salidas de las compuertas para comprobar el buen funcionamiento de esta misma. Se tiene que usar resistencias antes de los led para protegerlos aun y cuando no este esto plasmado en el diagrama. Debemos de cuidarnos de los altos voltajes ya que un sobre exceso de voltaje podría dañarnos hasta el protoboard.
CONCLUSIÓN
Al final de esta investigación pudimos concluir que los biestables o Flip-Flop con elementos muy esencial al momento de almacenar información que sea importante para nosotros y que se pueden ver reflejados en pequeñas cosas como pendrives, memoria RAN de una computadora entre muchos otros. El proyecto realizado es un ejemplo de cómo se vería un Flip-Flop de tipo D en el cual pudimos entender su comportamiento y como trabajarían cada una de las compuertas que conformaban el circuito. Mediante esta parte práctica pudimos comprender
que ha sido posible entender la manera en que los Flip-Flops
permiten almacenar valores en memoria. Probablemente es el flip-flop más usado en los circuitos secuénciales lógicos, por su capacidad para contar y DIVIDIR. Entrega un pulso completo de salida por cada dos pulsos de entrada. El modelo armado en el protoboard de Flip-Flop tipo D es muy sencillo pero es recomendable conocer los valores máximos que puedan aguantar cada una de las compuertas lógicas; para ello se debe tener los datasheet para estar informado y no existan fallas. También es recomendable un suiche que se adapte al modelo en el modelo del protoboard que sea fácil de usar y que sus puntas lleguen sin ninguna dificultad a la placa.
BIBLIOGRAFIA
http://unicrom.com/dig_FF_D.asp https://es.wikipedia.org/wiki/Biestable http://www.unicrom.com/dig_FF_D_disparo_tabla_verdad_diagrama_temporal. asp
