Latches y Flip-flops

Latches y Flip-flops

Los dos tipos de memoria comúnmente utilizados en los
circuitos de conmutación son los latches y los flip-flops.
•  Un latch es un
elemento de memoria cuyas señales de entrada de excitación controlan el estado
del dispositivo.
•  Un flip-flop
difiere de un latch por el hecho de que tiene una señal de control llamada
reloj. La señal de reloj emite una instrucción al flip-flop permitiéndole
cambiar de estado de acuerdo con las señales de entrada de excitación. En los
latches y los flip-flops, el siguiente estado queda determinado por las
entradas de excitación.
• Un latch cambia de estado de inmediato, según sus señales
de excitación  de entrada, mientras que
un flip-flop espera la señal de su reloj antes de cambiar de estado.
 

Latch SR

El más simple latch lógico es el SR, donde R y S permanecen
en estado 'reset' y 'set'. El latch es construido mediante la interconexión
retroalimentada de puertas lógicas NOR, o bien de puertas lógicas NAND.
El funcionamiento del latch es el siguiente:
• La entrada R activa (1) realiza un RESET del latch (pone
la salida a 0).
•La entrada S activa (1) realiza un SET del latch (pone la
salida a 1 ).
•Si las entradas están desactivadas (R=0 y S=0) la salida
del latch no cambia
•Si se activan las dos entradas (R=1 y S=1) el circuito no
funciona correctamente
 
 
 
Fig. 1 Símbolo y diagrama lógico del latch R-S

 
Latch R-S con entrada de habilitación

El diagrama lógico de un latch con entrada de habilitación
se muestra en la Figura 2. Las entradas S y R controlan el estado al que va a
cambiar el latch cuando se aplica un ‘1’ en la entrada de habitación (E,
enable). El latch no cambiará de estado hasta que la entrada E esté a nivel
alto. Esta tercera entrada (E) permite habilitar o inhibir las acciones del
resto de entradas.

 

           Fig. 2. Diagrama y tabla característica del latch R-S
 
 
 
Latch D con entrada de habilitación

Existe otro tipo de latch con entrada de habilitación que se
denomina latch D. Se diferencia del latch S-R en que sólo tiene una entrada
(D), además de la de habilitación (E).
Cuando la habilitación (E) está activa la salida Q toma el
valor de la entrada D, y cuando está desactiva, la salida permanece en su
estado anterior. Este dispositivo también es conocido como báscula D transparente
y se emplea para almacenar un bit de información.

 Fig. 3. Diagrama y tabla característica del latch D
 
 
 
Flip-Flop
El flip-flop es un circuito lógico biestable, es decir posee
dos estados estables, denominados SET (1 o activación) y RESET (0 o
desactivación).  Los flip-flops se
implementan con puertas lógicas y son los bloques básicos de construcción de
contadores, registros y otros circuitos de control secuencial. También se
emplean en ciertos tipos de memorias.
 
Flip-Flop maestro-esclavo

Un flip-flop maestro-esclavo se construye con dos FF, uno
sirve de maestro y otro de esclavo. Durante la subida del pulso de reloj se
habilita el maestro y se deshabilita el esclavo. La información de entrada es
transmitida hacia el FF maestro.  Cuando
el pulso baja nuevamente a cero se deshabilita el maestro lo cual evita que lo
afecten las entradas externas y se habilita el esclavo. Entonces el esclavo
pasa al el mismo estado del maestro. El comportamiento del flip-flop
maestro-esclavo hace que los cambios de estado coincidan con la transición del
flanco negativo del pulso.

Flip-Flop disparado por flanco

Otro tipo de FF que sincroniza el cambio de estado durante
la transición del pulso de reloj es el flip flop disparado por flanco. Cuando
la entrada de reloj excede un nivel de umbral específico, las entradas son
aseguradas y el FF no se ve afectado por cambios adicionales en las entradas
hasta tanto el pulso de reloj no llegue a cero y se presente otro pulso.
Algunos FF cambian de estado en la subida del pulso de
reloj, y otros en el flanco de bajada. Los primeros se denominaran Flip flop
disparados por flanco positivo y los segundos Flip flops disparados por flanco
negativo. La distinción entre unos y otros se indicará con la presencia o
ausencia de una negación en la entrada de reloj como se muestra en la figura 5.

        
            Fig. 5. Flip-Flop disparado por flanco

Flip-Flop tipo S-R
La operación del FF S-R disparado por flanco es similar a la
operación analizada anteriormente, el cambio de estado se efectúa en el flanco
ascendente del pulso de reloj. El estado S=R=1 sigue siendo un estado
prohibido.
La tabla resume el comportamiento del FF tipo S-R disparado
por flanco positivo.

            Fig. 6. Tabla característica y diagrama de tiempos del
Flip-Flop  S-R

Flip Flop tipo J K
 
La operación de un FF tipo J K es muy similar a la de un FF
S-R. La entrada J es la equivalente a la entrada S de un flip-flop R-S y la
entrada K, al equivalente a la entrada R. La única diferencia es que no tiene
un estado invalido. Para la condición J=K=1 el FF complementa el estado
presente.
 La tabla característica de la tabla 7 resume el
comportamiento del FF tipo J K disparado por flanco positivo.


            
Fig. 7. Tabla característica del FF Jk
Flip Flop tipo D
Su comportamiento es similar al del latch D descrito con
anterioridad, la salida del flipflop tipo D se igualará a la entrada en el
instante en el que se produzca el flanco ascendente o descendente de la señal
de reloj (CLK).

                                        
    Fig. 8. Tabla característica del FF tipo D
Flip Flop tipo T
Solo posee una entrada además de la del reloj. Se le
denomina “trigger o toggle, disparador o alternancia". La función de este
dispositivo consiste en cambiar (alternar) su estado con cada transición en
sentido negativo de su señal de entrada de exitación.  Si hay un 0 en la entrada T, cuando se aplica
el pulso de reloj la salida mantiene el valor del estado presente. Si hay un 1
se complementa


            
Fig. 9. Tabla característica del FF tipo T
 
Conclusión
Los circuitos latch se utilizan principalmente en
situaciones en las que los datos se capturan desde lineas de señal y se
guardan. El latch SR simple captura pulsos aleatorios en sus entradas S y R,
pues cada pulso establece o reestablece el estado del latch. Los latches SR y D
con compuertas cambian de estado solo durante los instantes en que está
habilitado el latch. Por tanto los latches se utilizan para capturar datos que
llegan y se estabilizan antes del final de un pulso de activación.
 
Los flip-flops se utilizan principalmente para diseños de
circuitos secuenciales en donde todos los cambios de estado deben sincronizarse
con las transiciones de una señal de reloj. La mayor parte de estos circuitos
utilizan flip-flops JK o D, según cual de ellos necesite el menor numero de
compuertas para obtener las entradas de excitación para el diseño dado. Los
flip-flop SR se utilizan poco, ya que los flip-flops JK proporcionan los mismos
modos de operación y añaden el modo de alternancia, lo que elimina el problema
de evitar la condición S = R = 1. los flip-flops T se utilizan principalmente
en el diseño de contadores.
 
 
Fuentes
https://www.youtube.com/watch?v=MW0Sw85wRcc
 
https://www.youtube.com/watch?v=C-nmNK0o8ys
 
https://www.youtube.com/watch?v=l7MqtyrTX0o
 
http://mumoaldigitales1.blogspot.com/2010/11/diferencia-entre-los-tipos-de-flip-flop.html
 
https://es.calameo.com/books/0048006634242f3b849b9
 
 https://www.youtube.com/watch?v=r50EHklMhiM
 
https://es.slideshare.net/otmolllllll/latches-y-flip-flops