Flip Flop

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación
Universidad Dr. José Gregorio Hernández
Maracaibo - Edo, Zulia
Facultad de Ingeniería
Escuela de Computación
Apellido: Escaño
Nombre: Hernando
C.I.: 27.332.759
Grupo: 1
Materia: Electrónica Digital
Prof.: Jenny Quiñones
Maracaibo, Marzo de 2018

2. INTRODUCCIÓN
Todos los circuitos digitales utilizan datos binarios para funcionar correctamente, los
circuitos están diseñados para contar, sumar, separar, etc. Los datos según nuestras
necesidades, pero por el tipo de funcionamiento de las compuertas digitales, los datos
presentes en las salidas de las mismas, cambian de acuerdo con sus entradas, y no
hay manera debitarlo, si las entradas cambian, las salidas lo harán también, entonces
¿Cómo podemos hacer para mantener un dato o serie de datos en un lugar hasta que
los necesitemos? 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 Flops, 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. Esta es la representación general par un
Flip Flop (comúnmente llamado "FF").

3. DESARROLLO
¿Qué son los Flip Flops?
El flip flop es el nombre común que se le da a los dispositivos de dos estados
(biestables), que sirven como memoria básica para las operaciones de lógica
secuencial. Los Flip-flops son ampliamente usados para el almacenamiento y
transferencia de datos digitales y se usan normalmente en unidades llamadas
“registros”, para el almacenamiento de datos numéricos binarios.
El Flip flop es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles
durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es
ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un
estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas
entradas los biestables se dividen en:
 Asíncronos: solamente 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.
Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y
en caso contrario asíncronas. 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 de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los
tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
Los biestables síncronos activos por flanco (flip-flop) se crearon para eliminar las
deficiencias de los latches (biestables asíncronos o sincronizados por nivel).
Registro Básico construido con compuertas NAND
Este es el circuito más sencillo y básico de un FF, Puede ser construido a partir de
dos compuertas NAND o dos compuertas NOR con dos entradas, a continuación se
ilustra con compuertas NAND, y es denominado "Registro Básico NAND". La forma de
conectarlas es la siguiente: Se deja libre una de las entradas de cada compuerta, las
sobrantes son conectadas independientemente de manera cruzada hacia la salida de la
compuerta contraria. Quedando la conexión de la siguiente manera:

4. Tabla de la verdad de las compuertas NAND
Registro Básico con compuertas NOR
La conexión del Registro Básico NOR es exactamente igual al del Registro NAND,
pero los cambios en sus salidas son completamente diferentes. Se ilustrara la tabla de
la verdad de las compuertas NOR a continuación:

5. Aplicaciones de las Compuertas
Agregando pulsadores u otras compuertas en las entradas, los usos más comunes
para el Registro Básico NAND o NOR son:
 Eliminadores de ruido para pulsadores mecánicos.
 Sistemas de Encendido (ON)/Apagado (OFF) con dos pulsadores para diversos
circuitos digitales y/o análogos.
 Sensores de movimiento mecánico, (Fin o Inicio de carrera de una puerta por
ejemplo).
 Control Digital de otros circuitos y otras 373929273736 Aplicaciones dependiendo
de tu imaginación.
Señales de Reloj (CLOCK) y FF controlados por Reloj
Hasta ahora hemos visto que un Registro Básico tiene dos variables de entrada y
responde de manera predecible a ellas, pero ¿Qué podíamos hacer si necesitáramos
otra variable de control? ¿Cómo podríamos hacer que el registro actúe cuando sea
conveniente para nosotros, y no al momento de cambiar sus entradas?
Todos los sistemas digitales tienen básicamente dos formas de operación:
 Operación en modo ASÍNCRONO: En este modo, las salidas cambian de manera
automática siguiendo las órdenes de las entradas.
 Operación en modo SÍNCRONO: En este modo, las salidas cambian siguiendo
las órdenes de las entradas, pero sólo cuando una señal de control, llamada
RELOJ (CLOCK, CLK, CP) es aplicada al registro.
Los circuitos digitales asíncronos son muy complicados en lo que a diseño y
reparación se refiere, ya que, al encontrarnos con una falla en un circuito de 10
registros interconectados, el rastreo de los cambios en todas las compuertas nos
provocaría un severo dolor de cabeza. Los circuitos digitales síncronos son más fáciles
de diseñar y reparar, debido a que los cambios de las salidas son eventos "esperados"
(ya que fácilmente podemos saber el estado de cada una de las entradas o salidas sin
que estas cambien repentinamente), y los cambios dependen del control de una sola
señal aplicada a todos los registros, la señal de reloj. La señal de reloj es una onda
cuadrada o rectangular, los registros que funcionan con esta señal, sólo pueden
cambiar cuando la señal de reloj hace una transición, también llamados "flancos", por lo
tanto, la señal de reloj sólo puede hacer 2 transiciones (o Flancos):
 La transición con pendiente positiva (T PP) o Flanco positivo (FP).Es cuando la
señal de reloj cambia del estado BAJO al estado ALT O.

6.  La transición con pendiente negativa (T PN) o Flanco Negativo (FN).Es cuando la
señal de reloj cambia del estado ALT O al estado BAJO.
Principales características de los FF sincronizados por Reloj
 Todos los FF cuentan con una entrada con el rótulo (RELOJ, CLOCK, CLK, CP)
y un distintivo círculo para saber cómo debe ser la señal activa.
Los que no tienen círculo, son sincronizados por una T PP, los que cuentan con un
círculo son sincronizados por una T PN.
 Todos los FF cuentan con entradas de control, que determinan el cambio que
van a tener las salidas, al igual que en los Registros básicos, pero estas entradas
no pueden modificar las salidas arbitrariamente, sólo podrán hacerlo cuando el
FF reciba su transición activa.
Resumiendo, Las entradas de control del FF nos permiten saber cómo van a
cambiar las salidas, pero sólo la señal de Reloj podrá hacer efectivo este cambio.
Tipos de Flip Flop
Biestable RS
Dispositivo de almacenamiento temporal de 2 estados (alto y bajo), cuyas entradas
principales permiten al ser activadas:
 R: el borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.
 S: el grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida
Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que
poseía tras la última operación de borrado o grabado. En ningún caso deberían
activarse ambas entradas a la vez, ya que esto provoca que las salidas directas (Q) y
negada (Q') queden con el mismo valor: abajo, si el flip-flop está construido con puertas
NOR, o a alto, si está construido con puertas NAND. El problema de que ambas salidas
queden al mismo estado está en que al desactivar ambas entradas no se podrá
determinar el estado en el que quedaría la salida. Por eso, en las tablas de verdad, la
activación de ambas entradas se contempla como caso no deseado (N. D.).

7. Biestable RS (Set Reset) asíncrono
Sólo posee las entradas R y S. Se compone internamente de dos puertas lógicas
NAND o NOR, según se muestra en la siguiente figura:
Tabla de verdad biestable RS
R S Q (NOR) Q' (NAND)
0 0 q N. D.
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 N. D. Q
N. D.= Estado no deseado q= Estado de memoria
Biestable RS (Set Reset) síncrono
Circuito Biestable RS síncrono a) y esquema normalizado b).
Además de las entradas R y S, posee una entrada C de sincronismo cuya misión es
la de permitir o no el cambio de estado del biestable. En la siguiente figura se muestra
un ejemplo de un biestable síncrono a partir de una asíncrona, junto con su esquema
normalizado:
Su tabla de verdad es la siguiente:

8. Tabla de verdad biestable RS
C R S Q (NOR)
0 X X Q
1 0 0 Q
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 N. D.
X=no importa
Biestable D (Data o Delay)
Símbolos normalizados: Biestables D a) activo por nivel alto y b) 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

9. y su tabla de verdad:
D Q Qsiguiente
0 X 0
1 X 1
X=no importa
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
Biestable T (Toggle)
Símbolo normalizado: Biestable T activo por flanco de subida.
Dispositivo de almacenamiento temporal de 2 estados (alto y bajo). El biestable T
cambia de estado ("toggle" en inglés) cada vez que la entrada de sincronismo o de reloj
se dispara mientras la entrada T está a nivel alto. Si la entrada T está a nivel bajo, el
biestable retiene el nivel previo. Puede obtenerse al unir las entradas de control de un
biestable JK, unión que se corresponde a la entrada T.
La ecuación característica del biestable T que describe su comportamiento es:

10. y la tabla de verdad
:
T Q Qsiguiente
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Biestable JK
Es versátil y es uno de los tipos de flip-flop más usados. Su funcionamiento es
idéntico al del flip-flop S-R en las condiciones SET, RESET y de permanencia de
estado. La diferencia está en que el flip-flop J-K no tiene condiciones no validas como
ocurre en el S-R.
Este dispositivo de almacenamiento es temporal que se encuentra dos estados (alto
y bajo), cuyas entradas principales, J y K, a las que debe el nombre, permiten al ser
activadas:
J: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida.
K: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.
Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que
poseía tras la última operación de borrado o grabado. A diferencia del biestable RS, en
el caso de activarse ambas entradas a la vez, la salida adquirirá el estado contrario al
que tenía.
La ecuación característica del biestable JK que describe su comportamiento es:
Y su tabla de verdad es:

11. J K Q Qsiguiente
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 X 0
1 0 X 1
1 1 0 1
1 1 1 0
X=no importa
Su Aplicación
Un biestable puede usarse para almacenar un bit. La información contenida en
muchos biestables puede representar el estado de un secuenciador, el valor de
un contador, un carácter ASCII en la memoria de un ordenador, o cualquier otra clase
de información.
Un uso corriente es el diseño de máquinas de estado finitas electrónicas. Los
biestables almacenan el estado previo de la máquina que se usa para calcular el
siguiente.
El T es útil para contar. Una señal repetitiva en la entrada de reloj hace que el
biestable cambie de estado por cada transición alto-bajo si su entrada T está a nivel 1.
La salida de un biestable puede conectarse a la entrada de reloj de la siguiente y así
sucesivamente. La salida final del conjunto considerado como una cadena de salidas de
todos los biestables es el conteo en código binario del número de ciclos en la primera
entrada de reloj hasta un máximo de 2n-1, donde n es el número de biestables usados.
Uno de los problemas con esta configuración de contador (ripple counter en inglés)
es que la salida es momentáneamente inválida mientras los cambios se propagan por la
cadena justo después de un flanco de reloj. Hay dos soluciones a este problema. La
primera, es muestrear la salida sólo cuando se sabe que es válida. La segunda, más
compleja y ampliamente usada, es utilizar un tipo diferente de contador síncrono, que
tiene una lógica más compleja para asegurar que todas las salidas cambian en el
mismo momento predeterminado, aunque el precio a pagar es la reducción de la
frecuencia máxima a la que puede funcionar.
Una cadena de biestables T como la descrita anteriormente también sirve para la
división de la frecuencia de entrada entre 2n
, donde n es el número de biestables entre
la entrada y la última salida.

12. CONCLUSIÓN
Un registro es un grupo de celdas de almacenamientos binarios adecuadas para
mantener información binaria. Un grupo de flip-flops constituye un registro, ya que cada
flip-flop es una celda binaria capaz de almacenar un bit de información. Un registro de
n-bit tiene un grupo de n flip-flops y es capaz de almacenar cualquier información
binaria que contenga n bits. Además de los flip-flops, un registro puede tener
compuertas combinacionales que realicen ciertas tareas de procesamiento de datos. En
su definición más amplia, un registro costa de un grupo de flip-flops y compuertas que
efectúan su transición. Los flip-flops mantienen información binaria y las compuertas
controlan cuando y como se transfiere información nueva al registro.