Hasta
ahora solo hemos visto los circuitos combinacionales, cuyas salidas dependen
exclusivamente de las entradas. Sin embargo, en los sistemas digitales, es
indispensable el poder contar con memoria o bien, con estados internos. De esta
manera se puede actuar en base a la historia.
En general, un
circuito secuencial está compuesto por circuitos combinacionales y
elementos de memoria. Se dice que en un circuito secuencial
la salida actual depende de la entrada actual y del estado actual del
circuito.
La parte
combinacional del circuito acepta entradas externas y desde los elementos de
memoria. Algunas de las salidas del circuito combinacional se utilizan para
determinar los valores que se almacenaran en los elementos de memoria.
Las
salidas del sistema secuencial pueden corresponder tanto a salidas del circuito combinacional,
como de los elementos de memoria.
Estos elementos de
memoria son representados mediante unos dispositivos llamados Flip-Flop
Los FLIP-FLOP
(FF) están constituidos por una combinación de compuertas digitales.
Estas compuertas están conectadas de tal manera que es posible almacenar información.
Estas compuertas están realimentadas y deben lograr cierta estabilidad para
poder almacenar información.
El Flip-Flop S-R también puede ser construido con compuertas NAND.
El Flip-Flop S-R se comporta de la siguiente manera:
S = R = 0 ! el estado del Flip-Flop no cambia.
S = 1 y R = 0 ! Q = 1 y Q = 0.
S = 0 y R = 1 ! Q = 0 y Q = 1.
S = R = 1 ???
En el siguiente diagrama se muestra el comportamiento del Flip-Flop S-R, en base a las señales de entrada.
Existen sistemas digitales que operan de forma asíncrona o bien síncrona.
En los sistemas asíncronos, los circuitos lógicos pueden cambiar de estado en cualquier momento en que varíen una o más entradas.
Los sistemas asíncronos son difícil de diseñar, y la tarea de detectar fallas, es más difícil aún. Por otra parte, en los sistemas síncronos los tiempos de las
salidas son discretos y están dados por una señal de entrada denominada reloj (CLK).
El CLK corresponde a una señal cuadrada, que se distribuye en gran parte del sistema, permitiendo sincronizar las transiciones de este.
Como se dijo anteriormente, estos dispositivos son capaces de almacenar información, mediante estados.
Se puede decir que en un sistema secuencial las salidas están en función de las entradas y de un vector de estados.
Los estados están dados por la información que almacenan los Flip-Flop, por lo que si alguno de ellos cambia, se puede decir que ha cambiado el estado del sistema secuencial.
Como los Flip-Flop se encuentran sincronizados, los cambios de estado solo pueden ocurrir en los cantos de bajada de la señal CLK.
Es posible modelar el comportamiento de los estados de un sistema secuencial, mediante un diagrama de estados.
En este diagrama, los nodos representan los estados del sistema, es decir, cada nodo representa una combinación de valores específicos para cada Flip-Flop.
Los arcos por su parte representan las transiciones entre los estados, que están
dadas por eventos que se explican en sus rótulos y son efectuadas síncronamente.
Para comprender mejor el uso de Flip-Flop en los sistemas secuenciales, se desarrollará el siguiente ejemplo:
Primer Paso: Ecuaciones Lógicas
Luego se expresan las ecuaciones de las entradas para cada uno de
los Flip-Flop.
JA = 1 JB = C JC = 1
KA = C · B KB = A KC = A + B
Segundo Paso: Próximos Estados
Utilizando la tabla característica (en este caso la del los Flip-Flop
J-K), se construyen los MK para los siguientes estados.
Tabla característica
Tercer Paso: Diagrama de Estados
Finalmente se dibuja el diagrama de estados, siguiendo las transiciones de los Flip-Flop.
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