En el tutorial anterior, se discutió el concepto y la construcción de chanclas . Los flip-flops son componentes esenciales de cualquier operación sincrónica o temporizada. circuito secuencial . Sin flip-flops, un circuito secuencial sincronizado se reduce a un circuito combinacional. Incluso los flip-flops se consideran circuitos secuenciales. Hay dos tipos de circuitos secuenciales que se construyen exclusivamente a partir de flip-flops: registros y contadores.
Un registro es un grupo de flip-flops que tienen una señal de reloj común y son capaces de almacenar o retener información binaria. Cada flip-flop de un registro es una celda binaria capaz de almacenar un bit de información. Un registro de n bits tiene un grupo de n flip-flops y es capaz de almacenar cualquier información binaria que contenga n bits. El registro se utiliza principalmente para almacenar y transferir datos binarios ingresados desde una fuente externa.
Los registros se utilizan en una amplia gama de sistemas digitales como multiplicadores, divisores, memorias, microprocesadores, etc. Un contador es un registro que pasa por una secuencia predeterminada de estados. Aunque el registro no tiene una secuencia específica de estados esperados en determinadas aplicaciones especializadas.
Por ejemplo, a continuación se muestra un registro de 4 bits construido con flip-flops 4D. Los cuatro flip-flops de registro tienen una señal de reloj común y una señal de reinicio común (los flip-flops D aquí tienen una entrada de reinicio para establecer la salida en 0 de forma predeterminada). Los datos paralelos de la fuente externa se introducen en los pines de entrada de datos de los flip-flops D. Cuando se activa el pulso de reloj (común a todos los flip-flops), se transfiere a los pines de salida de los flip-flops D. La entrada (común a todos los flip-flops) está activa baja, que de forma predeterminada se mantiene en 1. Cuando se aplica 0 a la entrada de reinicio activa baja, todos los flip-flops se restablecen a una salida desde 0.
Fig. 1: Diagrama de puerta lógica del registro de memoria
El registro que se muestra arriba es un registro paralelo y es el tipo de registro más simple. Estos registros se utilizan comúnmente en microprocesadores y microcontroladores para almacenar datos binarios. Estos tipos de registros transfieren datos desde el origen al destino en modo paralelo, lo que se prefiere para un cálculo más rápido en diseños de microprocesadores y microcontroladores. Estos tipos de registros utilizados para almacenar información binaria se denominan registros de memoria.
Registros de desplazamiento –
El otro tipo de registro comúnmente utilizado en los sistemas digitales son los registros de desplazamiento. Los registros de desplazamiento se utilizan para transferir datos binarios dentro de un sistema digital. Al transferir datos, los datos binarios se almacenan en un registro de destino (que puede ser un registro de desplazamiento) dentro de un sistema digital. Un registro de desplazamiento puede desplazar información binaria en la dirección izquierda (desplazamiento a la izquierda), en la dirección derecha (desplazamiento a la derecha), a la izquierda pero a la derecha (rotación) o a la izquierda y a la derecha (desplazamiento bidireccional). Los datos en un registro se pueden ingresar en serie o en paralelo y también se pueden generar en serie o en paralelo. Según el modo serie o paralelo de entrada y salida de datos en el registro, los registros de desplazamiento se pueden clasificar en los siguientes cuatro tipos:
1) Serie – en salida en serie (SISO ) : – En este tipo de registro de desplazamiento, los datos binarios se ingresan, se desplazan y se emiten en serie en dirección izquierda o derecha, un bit a la vez, bajo una señal de reloj común.
2) Salida en serie, en paralelo (SIPO ) : – En este tipo de registro de desplazamiento, los datos binarios se ingresan y se desplazan en serie en la dirección izquierda o derecha, un bit a la vez, pero se emiten en paralelo todos juntos bajo un reloj. señal.
3) Paralelo – en salida en serie (PISO ) : – En este tipo de registro de desplazamiento, los datos binarios se ingresan todos juntos en modo paralelo, pero se desplazan y se emiten en serie en la dirección izquierda o derecha, un bit a la vez, bajo una señal de reloj.
4) Salida en paralelo (PIPO ) : – En el tipo de registro de desplazamiento, los datos binarios se ingresan, se desplazan y se emiten en modo paralelo, todo junto bajo una señal de reloj. Este tipo de registro de desplazamiento es el mismo que un registro de memoria construido en D Flip Flops.
A diferencia de los registros de memoria que se construyen conectando los flip-flops en paralelo, los registros de desplazamiento se construyen conectando los flip-flops en cascada en forma de cadena. Los registros de desplazamiento se construyen exclusivamente a partir de flip-flops D. El tamaño del registro de desplazamiento es siempre igual al tamaño de las palabras binarias utilizadas en un sistema digital. Al igual que un sistema digital de 4 bits, tendrá palabras de 4 bits y, por lo tanto, utilizará registros de desplazamiento de 4 bits. De manera similar, el sistema digital de 8 bits tendrá palabras de 8 bits y, por lo tanto, utilizará registros de desplazamiento de 8 bits. Cabe señalar que todos los flip-flops de un registro de desplazamiento tienen una señal de reloj común. Es una señal de reloj común que hace que los registros de desplazamiento sean circuitos sincrónicos (secuenciales).
Registro de desplazamiento de entrada y salida de serie (SISO) – Un registro de desplazamiento Serial-In Serial-out acepta datos en serie, es decir, un bit a la vez en una sola línea de entrada. Produce la información almacenada en su salida única también en formato serie. Los datos se pueden desplazar hacia la izquierda de MSB a LSB usando el registro de desplazamiento hacia la izquierda o hacia la derecha de LSB a MSB usando el registro de desplazamiento hacia la derecha. El registro de desplazamiento SISO se construye conectando flip-flops D en cascada de la siguiente manera:
Fig. 2: Diagrama de puerta lógica del registro de desplazamiento de entrada en serie
Supongamos que es necesario desplazar una palabra binaria de 4 bits 1111 en el registro de desplazamiento SISO. Antes de que llegue la señal del reloj, sea Q3 Q2 Q1 Q0 = 0000. Siendo este el registro de desplazamiento a la derecha, el LSB de la palabra binaria se insertará primero en el bus de datos de entrada (Din). Por lo tanto Din = D3 = 1. En el primer flanco descendente del reloj, se configura el Flip-Flop-3 y la palabra almacenada en el registro es Q3Q2 Q1 Q0 = 1000.
Fig. 3: Estados del registro de desplazamiento de entrada en serie de 4 bits en el primer pulso
Al llegar el segundo pulso de reloj, el siguiente bit pasa a D en . Entonces D em = 1 mientras Q3 es 1. Tan pronto como llegue el siguiente flanco negativo del reloj, FF-3 se configurará en Din siendo 1 y FF-2 se configurará en 1. Por lo tanto, la palabra almacenada cambia a Q 3 P 2P 1P 0 = 1100.
Fig. 4: Estados del registro de desplazamiento de entrada en serie de 4 bits en el segundo pulso
A la llegada del tercer pulso de reloj, el siguiente bit a almacenar, es decir, 1, se pasa a D en . Entonces D em es 1 mientras Q3 = 1 y Q2 = 1. Una vez que llega el tercer flanco negativo del reloj, FF-3 se establecerá en 1 cuando D em sea 1, FF-2 se establecerá en 1 y FF-1 será establecido como 1. Por lo tanto, la palabra almacenada cambia a Q 3 P 2 P 1 P 0 = 1110.
Fig. 5: Estados del registro de desplazamiento de entrada en serie de 4 bits en el tercer pulso
A la llegada del cuarto y último pulso de reloj, el MSB, es decir, 1, pasa a D en . Entonces D em es 1 mientras Q3 = 1, Q2 = 1 y Q1 = 1. Una vez que llega el cuarto flanco negativo del reloj, FF-3 se establecerá en 1 cuando D em sea 1, FF-2 se establecerá en 1, FF -1 se establecerá en 1 y FF-0 se establecerá en 1. Entonces, la palabra almacenada cambia a Q 3 P 2 P 1 P 0 = 1111.
Fig. 6: Estados del registro de desplazamiento de entrada en serie de 4 bits en el cuarto pulso
El funcionamiento del registro de desplazamiento se puede resumir en la siguiente tabla de funciones:
Registro de desplazamiento de entrada en serie y salida en paralelo (SIPO) : un registro de desplazamiento de entrada en serie y salida en paralelo consta de una entrada en serie y las salidas se toman de todos los flip-flops en modo paralelo. En este registro, los datos se transfieren en serie pero se desplazan en modo paralelo. Para transferir datos en paralelo es necesario tener todos los datos disponibles en las salidas al mismo tiempo. Una vez almacenados los datos, cada bit aparece en su respectiva línea de salida y todos los bits están disponibles simultáneamente, en lugar de bit a bit como ocurre con la salida en serie. Se puede construir un registro de desplazamiento de entrada en serie y salida en paralelo utilizando D Flip Flops de la siguiente manera:
Fig. 7: Diagrama de puerta lógica del registro de desplazamiento de entrada en serie y salida en paralelo
Registro de desplazamiento de salida en serie paralela (PISO) : para un registro con entradas de datos paralelas, los bits se ingresan simultáneamente en sus respectivos flip-flops en lugar de bit a bit en una línea.
Al igual que en un registro de salida en serie de entrada paralela de 4 bits, hay cuatro líneas de entrada de datos paralelas designadas como A, B, C y D y SHIFT/LOAD es una entrada de control que permite los cuatro bits de datos en A, entradas B. , C y D para ingresar el registro en paralelo o cambiar datos en serie. Cuando SHIFT/LOAD es LOW, las puertas AND G1 a G3 están habilitadas, permitiendo datos en entradas paralelas, es decir, A, B, C y D, a las entradas de datos de los respectivos flip-flops. La entrada A está conectada directamente a la entrada D del primer flip-flop. Cuando se aplica un pulso de reloj, los flip-flops con D = 1 se AJUSTARÁN y los flip-flops con D = 0 se RESTABLECERÁN, almacenando así los cuatro bits simultáneamente.
Cuando SHIFT/LOAD está en ALTO, las puertas AND G1 a G3 están deshabilitadas y las puertas AND restantes G4 a G6 están habilitadas, lo que permite que los bits de datos cambien de una etapa a la siguiente. Las puertas OR permiten la operación de cambio normal o la operación de entrada de datos en paralelo, dependiendo de qué puertas AND estén habilitadas por el nivel en la entrada SHIFT/LOAD. Se puede construir un registro de desplazamiento de entrada y salida paralela utilizando D Flip Flops de la siguiente manera:
Fig. 8: Diagrama de puerta lógica del registro de desplazamiento de salida en serie paralela
Registro de desplazamiento paralelo dentro-paralelo-salida (PIPO) : en este tipo de registro, las entradas de datos se pueden desplazar dentro o fuera del registro en paralelo. La entrada de datos en paralelo se realiza como en un registro de desplazamiento de entrada y salida en paralelo. Además, en este registro no existe interconexión entre flip-flops sucesivos ya que no se requiere conmutación en serie. Por lo tanto, cuando se realiza la entrada en paralelo de los datos de entrada, los bits respectivos aparecerán en las salidas en paralelo. Un registro de desplazamiento simple de entrada paralela y salida paralela de 4 bits construido con flip-flops D es el siguiente:
Fig. 9: Diagrama de puerta lógica del registro de desplazamiento paralelo de entrada y salida
Aquí las entradas paralelas a insertar deben aplicarse a las entradas A, B, C y D que están conectadas directamente a las entradas de retardo de los respectivos flip-flops. Ahora, al aplicar el pulso de reloj, estas entradas se insertan en el registro y quedan inmediatamente disponibles en las salidas Q1, Q2, Q3 y Q4. Este tipo de registro de desplazamiento es similar a un registro de memoria creado con D Flip Flops.
Registros de desplazamiento universales : los registros de desplazamiento universales pueden desplazar datos binarios en cualquier dirección y pueden ingresarlos y emitirlos tanto en serie como en paralelo. Tiene entradas de control adicionales para especificar la dirección del movimiento de datos, el modo de entrada y el modo de salida.
En el siguiente tutorial, aprenderá sobre el otro circuito secuencial construido exclusivamente por flip-flops: los contadores .
