Digital 2: -estables

-Estables, sí, es por ponerle un título corto al tema. Lo que vamos a ver, exactamente, es la combinación de puertas lógicas, que nos van a llevar a latches, flip-flops, monoestables, biestables y astables.

En primer lugar, el latch. ¿Qué es un latch? Es un pequeño dispositivo formado por dos puertas NAND (también los hay con NOR), que actúa como una memoria de 1 bit, cuyas entradas son Set y Reset, y sus salidas Q, el bit, y Q negada, el mismo bit, negado. El circuito es el siguiente:

Dlatch

Vamos a ver qué ocurriría en la salida dada una sucesión de entradas:

  • Estado inicial, S es 0, R es 0, Q es 0.
  • Ponemos S a 1, la salida Q cambia a 1.
  • Ponemos S a 0, la salida Q se mantiene en 1.
  • Ponemos S a 1, sin cambios, Q sigue siendo 1.
  • Ponemos S a 0 y poco después aplicamos un pulso en R, la salida Q cambia a 0.
  • Si ponemos S a 1 y R a 1 a la vez, no se sabe exactamente qué es lo que hay en la salida.

A un latch lo llamamos un dispositivo asíncrono, que no espera a una señal de reloj (normalmente externa) para realizar el cambio en la salida, lo hace inmediatamente en cuanto se aplica la entrada.

Hay otra variante de latch llamada latch D, cuyas entradas son D y E. Cuando se aplica una entrada en D, simplemente, no ocurre nada, hay que activar a la vez E (Enable), para que la salida cambie. Así sería:

  • Ponemos D en 1. No ocurre nada.
  • D sigue siendo 1 y ponemos E en 1. Q cambia a 1.
  • D está a 0 y E baja a 0. Q sigue en 1.
  • D pasa a 1 pero E sigue en 0. Q sigue en 1

Más o menos espero que se pille, la cuestión es que poner E a uno momentáneamente copia la entrada a la salida.

Flip-flop

Desarrollando lo visto anteriormente, llegamos a un sistema síncrono. Ésto quiere decir que hasta que no llega un pulso de reloj, el sistema no realiza ningún cambio sea cual sea la condición.

Tampoco nos sirve un pulso de reloj cualquiera, sino que tendremos 2 tipos de entrada de reloj:

  • Por flanco de subida: actúa cuando el pulso de reloj pasa de bajo a alto.
  • Por flanco de bajada: actúa cuando el pulso de reloj pasa de alto a bajo.

Se distinguen por lo siguiente, la bolita de negación en la entrada:

Dclock

Ése que veis ahí es el flip-flop tipo D, se basa en que cada vez que llega el pulso de reloj, simplemente, copia el estado de D en la salida Q.

Para liar un poco más la cosa, tenemos el flip-flop tipo JK. Éste actúa igual que el latch SR (S=J, R=K), sólo que incluye la entrada de reloj como una especie de Enable (hasta que no llegue la señal de reloj, pase lo que pase, no actúa).

Djk

Si seguimos combinando éstos circuitos, y mediante una red RC simple e ingeniosa, llegamos a los monoestables. ¿Qué es un monoestable? Es un dispositivo que es capaz de mantenerse estable en un estado, y cuando llega un pulso de disparo (casualmente se usa la entrada de reloj), se mantiene en el estado contrario al estable durante un tiempo definido por la red RC, hasta que vuelve a su estado estable.

Dmono

En otra combinación de los flip-flops, siéndoos sinceros, simplemente con un par de cables, obtenemos el biestable. Por la definición anterior ya se intuye que éstos son capaces de mantenerse estables en un estado o en otro. En un principio se mantiene en un estado estable hasta que llega un pulso de disparo, entonces el estado cambia y se mantiene estable, hasta el próximo pulso, en el que el estado vuelve a cambiar...

Dbi

Éste es con un tipo D, pero también los hay con JK. Como veis, éste integrado incorpora 2 flip-flops tipo D con entradas R y S. En éste caso R es un Reset asíncrono, que pone a 0 la salida Q sin esperar al reloj. Y S es Set, pero asíncrono, pone a 1 la salida sin esperar al reloj. Es como si tuvieras todas las salidas posibles desarrollando desde el mismísimo latch.

Astable

Es un dispositivo que no se mantiene estable en ninguno de los estados. Pero para ello introducimos al...

555

Viejo como la misma electrónica digital, pero todavía en uso por las características de precisión, precio y posibilidades. Es capaz de actuar como monoestable, astable y dicen (aunque no he conseguido que funcione), biestable, según la configuración de su circuito externo, que es una red RC. Modo astable:

D5a

Calculadora: http://www.ohmslawcalculator.com/555_astable.php

Modo monoestable:

D5m

Lo bueno de éste integrado es que se puede encontrar en prácticamente cualquier parte a buen precio, puede que tanto en versión TTL como CMOS, siendo ésta última la más barata. Por supuesto, si se compra por internet al mayorista una cantidad "grande", hablemos de 10, sale mucho más barato.

Un contra que tiene, es que en su configuración normal como biestable no consigue un ciclo de trabajo menor al 50%. Para lograrlo, se añaden uno o dos diodos. Con dos diodos conseguimos un control por PWM como el que ya publiqué aquí.

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