Uso de Flip Flops

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

Informe de practica 3 Pablo Torres – Víctor García

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Práctica 3 Tema: Uso de los Flip-Flop’s. Secuencias. 1. Objetivos: •Diseñar, armar y comprobar el funcionamiento de una secuencia (clave) que al cumplirse accionara un motor de corriente continua. •Comprobar las características de memoria que posee un FF JK con entradas asíncronas. 2. Materiales:          

CI´s Flip-Flop 74112 CI Triger 7414 Set de resistencias 1 transistor NPN. Compuertas lógicas Micropulsantes. Condensadores 0.01uf /10v Cable para circuitos, pinza, corta fríos. Fuente de 5Vcc. 1 Motor DC...

3. Marco Teórico: Flip-Flop’s: Esta constituido por un ensamble de compuertas lógicas. Aunque una compuerta lógica por si misma no tiene la capacidad de almacenar datos binarios, se pueden conectar varias y de una manera especial, de tal manera que permitan el almacenamiento de la información (bits). Se usan varias configuraciones de compuertas para producir flip-flop’s, El FF es simplemente un biestable.

El Flip Flop es entonces una célula elemental de memoria, en electrónica digital el más completo es el FF JK con entradas asíncronas.

Tabla de verdad de un FFJK. J 0 1 0 1

K 0 0 1 1

CLK ↓ ↓ ↓ ↓

Q No cambia 1 0 Se complementa

Tabla de verdad de un FFJK con entradas asíncronas. PRE

CLR

Q

1 ↓ 1 ↓

1 1 ↓ ↓

Modo Síncrono 1 0 No se usa

En este caso PRE y CLR son entradas activas en bajo, que actúan en cualquier momento que reciban un flanco activo. No dependen del CLK síncrono. Este es el tipo de FF más usado en aplicaciones. Flip Flop tipo "J-K" Este FF es uno de los más usados en los circuitos digitales, y de hecho es parte fundamental de muchos circuitos avanzados como contadores y registros de corrimiento, que ya vienen integrados en un chip. Este FF cuenta con dos entradas de datos J y K, su función es en principio la misma que el Registro básico NAND o NOR, pero con la diferencia que la condición en las entradas J = 1, K = 1, a diferencia del Registro NAND, que generaría una salida errónea o no deseada, en un FF J-K, obliga a las salidas a conmutar su estado al opuesto (Toggle) a cada pulso del reloj. Esto lo convierte en un tipo de FF muy versátil. Flip Flop tipo "D" (Datos, Data) A diferencia de los FF tipo J-K, el FF tipo "D" (Datos, Data) sólo cuneta con una entrada para hacer el cambio de las salidas. A cada pulso del reloj (dependiendo si el FF utiliza una TPP o una TPN) el estado presente en la entrada "D" será transferido a la salida Q y /Q. Tabla de verdad de un FF tipo "D"

Una de las 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. Entradas asíncronas en los FF. Como ya hemos visto, cada FF tiene entradas que pueden cambiar el estado de las salidas de manera sincronizada con el pulso de reloj, pero ¿Dónde quedaron nuestras entradas asíncronas? ¿Es posible seguir usando estas entradas en FF síncronos? La respuesta está en los FF síncronos de cualquier tipo que poseen entradas asíncronas, esto añade dos pines más de control a nuestros FF, los conocidos SET y RESET (Los cuáles pueden ser activos en el estado ALTO o BAJO). Entonces tenemos FF síncronos (Tipo "J K", o tipo "D" ) con un par de entradas que no dependen en ningún momento del pulso de Reloj. Haciendo una combinación perfecta de entradas que controlan las salidas de manera automática (Asíncronas) o controladas por un pulso de reloj (Síncronas). La siguiente figura nos muestra los símbolos de los FF Tipo "J - K" y "D" con sus entradas asíncronas.

Tabla de verdad del FF Tipo "D" con entradas Asíncronas (Las "X" significan que no importa el estado actual de esa entrada). (El FF tiene una entrada de Reloj que funciona con TPP) (Las entradas asíncronas con activas ALTAS)

El funcionamiento básico sigue siendo el mismo, pero las salidas serán forzadas a ALTO o BAJO, si se activan las entradas Asíncronas correspondientes (SET, RESET) sin importar el estado de la entrada "D" o CLK. Procedimiento: a. Diseñar un encendido codificado para un motor de CC. El motor se enciende con el pulsante ON siempre y cuando se dé primero una clave única (secuencia) mediante 4 pulsantes. Si no se ingresa la clave correcta en el primer intento, para el siguiente intento no se queda gravado ningún dato. El diseño consta principalmente de: Cuatro pulsantes para la clave, un LED (o pito) de señalización que se enciende siempre al accionar cualquier pulsante y dos pulsantes más para ON y OFF del motor respectivamente.

De ser necesario, se recomienda la utilización de CLC, para el cumplimiento de los requerimientos dados, sobre todo para que el sistema sea lo menos vulnerable posible.

DISEÑO COMPLETO: Clave: 3-1-4-2 Circuito Completo: (Detallar todos los por menores del proceso: tablas, cálculos, criterios, etc.) Criterios. Para el diseño y construcción del circuito debemos considerar:     

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El circuito debe ser lo menos vulnerable posible. La clave debe constar de 4 dígitos. Cuando se ingrese una clave incorrecta la misma no debe quedar grabada. Cada vez que se ingrese un digito de la clave se encenderá un led para mostrar el ingreso del mismo. La mejor forma de hacer esto es utilizar una series de flip flop tipo "J-K" en cascada y alimentaremos al mismo con “1” a la entrada “J” y “0” a la entrada “K” de tal manera que al ingresar un CLK en el primero y nos dé un “1” en la salida Q, este estado alimentara la entrada “J” del segundo y así sucesivamente. Para borrar el digito del código ingresado en cada flip flop utilizaremos la entrada “CLR” de tal manera que al activar una salida Q, la misma borre el digito ingresado. Para encender el led diseñaremos un circuito CLC, que responda a nuestros requerimientos, el mismo debe apagar el led luego de haber presionado el botón de ingreso de digito.

Cálculos. Simplificación del circuito CLC. ̅

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A continuación mostraremos las imágenes correspondientes al circuito propuesto, ya armado en el programa y otra correspondiente a la tabla de verdad del CLC

Imagen del circuito armado en el programa de simulación.

Tabla de verdad para el led, expuesta en el Convertidor Lógico de Multisim.

b. Armar el diseño propuesto en el punto anterior y comprobar su funcionamiento. Pida a su profesor que verifique el funcionamiento. Le sugerimos también para esta parte, tomar una foto del circuito armado en su baceta y presentarlo como parte del informe. Foto:

c. Resumen del funcionamiento. Explíquelo de una manera técnica que detalle todos los por menores del funcionamiento y mas si es que existe alguna lógica adicional. 

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Como se explico en los criterios y se ve en el circuito ya armado utilizaremos una serie de flip flop’s en cascada los, por lo tanto empezamos introduciendo el primer digito de nuestro código que seria el “3”, esto lo hacemos presionando el interruptor correspondiente, para verificar el ingreso del mismo se enciende el led, con esto comandamos la entrada “CLK1”; y como tenemos ya alimentadas previamente las entradas “J1” y “K1” con “1” y “0” respectivamente. Obtendremos un “1” en la salida “Q1”. Pues bien como la salida “Q1” esta unida con la entrada “J2”, obtendremos alimentar al segundo flip flop de igual manera que el primero, por lo tanto continuamos ingresando el segundo digito de nuestra clave que es “1”. El cual comanda la entrada “CLK2” y por norma de funcionamiento tendremos una salida de “1” en “Q2” la cual alimentara la entrada “J3” y el proceso ya expuesto se repetirá a cada ingreso de un digito del código.

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Este comportamiento lo tenemos hasta que se pulsa el botón “ON” que comanda el último flip flop y por lo tanto se enciende el motor. Utilizaremos la entrada “CLK4” del cuarto flip flop como la primera entrada para la compuerta AND, la segunda entrada la tomaremos de la salida “Q5”, estas actuaran en la compuerta AND de tal manera que su salida nos brindara un click en la entrada “CLR” de los tres primeros flip flop’s, y así borramos los tres primeros dígitos del código. Pero esto no apaga el motor. Presionamos el botón OFF el cual comanda las entradas “CLR” de los flip flop’s “5” y “6” de esta manera logramos borrar el código por completo y apagar el motor.

d. Simulación (compruebe toda la secuencia, en lugar de motor podría utilizar un foco de señal, PROBE) Empezamos ingresando el primer digito de nuestra clave, aquí veremos cómo se prende el interruptor perteneciente a este un mero así como el led que nos indica el ingreso del digito (3).

Continuamos ingresando el segundo digito (1).

Seguimos ingresando el tercer digito (4).

Ingresamos el último digito (2).

Luego de ingresada la clave podemos proceder a presionar el botón On para encender en este caso el led, que hemos ubicado en lugar del led.

Y por último presionamos el botón Off para apagar el led y borrar la clave ingresada.

Conclusiones: 

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Este circuito nos ayudó a entender de una forma lógica el funcionamiento de algunos sistemas de seguridad electrónicos con clave de ingreso. Ya que nuestra practica utilizamos lo básico del circuito. Todo circuito es vulnerable. En un diseño debemos tomar varias puntos de restricción para el ingreso de la clave ya q de esto dependerá el porcentaje de seguridad de nuestro sistema. Mediante la práctica utilizamos una de las aplicaciones de los flip flop tipo “J-K” con entradas asincrónicas, ya que como sabemos son los más utilizados en la electrónica digital. Una vez que se sabe el conexionado del flip flop utilizado, podemos utilizar Esta práctica nos sirvió de mucha ayuda ya que la misma se enfoca al proyecto final, ya que estos son los conocimientos básicos para el mismo.

Bibliografía:   

Tocci, Ronald J. Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones. Prentice Hall. Décima Edición. Catálogo de Repuestos ECG o NTE. http://www.forosdeelectronica.com/