El biestable es un dispositivo lógico que es capaz de mantener dos estados estables. Veremos en este artículo todos ellos. Los biestables poseen dos estados estables, a los cuales se les denomina SET y RESET, pudiendo, obviamente, mantenerse en cualquiera de esos estados indefinidamente,
Por lo tanto, son elementos muy útiles como dispositivos de almacenamiento. Es por ello, que las aplicaciones de los biestables, entre otras, pueden ser la implementación de contadores, de registros de desplazamiento, en ciertos tipos de memorias y en otros circuitos de control secuencial.
Los circuitos secuenciales son aquellos en los que la salida del mismo depende de lo que haya ocurrido anteriormente y del estado actual.
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Clasificación de los biestables
Se pueden clasificar los biestables de la siguiente manera:
- Asíncronos: no disponen de señal de reloj y, por lo tanto, la salida se modifica cuando se modifican las entradas. Por ejemplo, un biestable R-S asíncrono.
- Síncronos por flanco: disponen de señal de reloj (CLK) y las entradas sólo se leen en los flancos activos de la señal de reloj, tanto si son ascendentes como si son descendentes. Entre éstos podemos encontrar biestables tipo R-S, J-K, T Y D.
- Biestables síncronos por nivel: disponen de señal de control y las entradas sólo se leen cuando la señal de control o reloj (CLK) se encuentra a nivel alto o nivel bajo.
Biestable R-S (Reset-Set) asíncrono
El símbolo del biestable R-S asíncrono se muestra en la figura.
En la figura se puede ver que el biestable tiene dos entradas, R y S, así como dos salidas, Q y Q negada.
La tabla de verdad del biestable R-S asíncrono es la siguiente:
| ENTRADA R | ENTRADA S | SALIDA Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(anterior) |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | no disponible |
De dicha tabla se obtiene que:
- Si las dos entradas tienen un nivel BAJO, la salida permanece en el mismo estado que estaba anteriormente, no hay cambios en la salida.
- Cuando la entrada S (Set) está a nivel ALTO, la salida se pone a nivel ALTO.
- En cambio, si la entrada R (Reset) se encuentra a nivel ALTO , la salida cambiará a nivel BAJO.
- Finalmente, la opción de tener ambas entradas a nivel ALTO en estos biestables no está disponible. Más tarde, veremos que en otro tipo de biestables si es posible.
Ejercicio con biestable R-S asíncrono
Se desea realizar el circuito de mando de una lámpara mediante dos pulsadores, utilizando un biestable R-S asíncrono. El funcionamiento del circuito debe ser el siguiente:
- Si se pulsa el pulsador ON, debe encenderse la lámpara, permaneciendo encendida aunque se deje de pulsar ON.
- En cambio, si se pulsa el pulsador OFF, la lámpara debe apagarse y permanecer apagada aunque se deje de pulsar el pulsador OFF.
Solución al ejercicio con R-S asíncrono
El circuito resultante es el que se muestra en la siguiente imagen.
Al pulsar el interruptor ON, la señal de entrada SET se activa, pasando la salida Q a nivel ALTO, encendiendo de esta manera la lámpara. En cambio, si se activa el pulsador OFF, se activa la entrada RESET del biestable, pasando la salida Q a un estado BAJO, apagando la lámpara.
Como el biestable «tiene memoria», una vez que se activa cualquiera de sus entradas, su salida permanece en ese estado hasta que no se produzca un nuevo cambio en las entradas.
Biestable R-S síncrono
El funcionamiento de un biestable R-S síncrono, básicamente, es similar al del biestable R-S asíncrono, excepto en que las salidas del síncrono SÓLO cambian con la señal de reloj (CLK). El símbolo del biestable R-S síncrono es el siguiente:
En este caso, el biestable es activo por flanco descendente. Existen cuatro formas de activar la señal de reloj, las cuales son:
- Por flanco descendente
- Activos por flanco ascendente
- Por nivel alto
- O por nivel bajo
Los diferentes símbolos de cada una de ellas se muestran en la figura:
Los cambios en las salidas de los biestables síncronos cambiaran cuando llegue el flanco o nivel activo de la señal de reloj (CLK). Veamos esto con un ejemplo.
Ejercicio con biestable R-S síncrono
Completar el cronograma indicando el estado de la salida de un biestable R- síncrono activo por flanco descendente en cada instante de tiempo, si a las entradas del mismo se introducen las siguientes señales y la salida inicialmente está a nivel BAJO:
Solución al ejercicio del R-S síncrono
Como se trata de un biestable R-S síncrono activo por flanco descendente, sabemos que los cambios en la salida se van a producir cuando llegue ese flanco, independientemente de cuando cambien el valor de sus entradas. Es por ello, que al llegar el flanco descendente, el biestable comprueba el estado de sus entradas y la salida toma el estado que corresponda (ALTO o BAJO).
Por lo tanto, la evolución del estado de la salida del biestable es:
Como se puede observar en el cronograma, la salida del biestable, cuando cambia de estado, lo hace únicamente cuando llega el flanco descendente, es ese momento es cuando se comprueba el estado de las entradas, NO cuando cambian las entradas.
Es muy importante entender ésto, ya que es la gran diferencia que existe entre los biestables síncronos y los circuitos combinacionales tales como las puertas lógicas, multiplexores y decodificadores, entre otros, los cuales cambian sus salidas justo en el momento que lo hacen sus entradas.
Biestable T
El biestable tipo T es muy sencillo, su salida cambia en cada flanco activo de la señal de reloj, conmutando su estado, es decir, si la salida estaba a nivel BAJO, pasa nivel ALTO y viceversa.
Su símbolo es el siguiente:
En este caso, el biestable T es activo por flanco descendente.
Su tabla de verdad es:
| CLK | SALIDA Q t+1 |
|---|---|
| Flanco activo de la señal de reloj (CLK) | Q |
Se suele utilizar en aplicaciones tales como contadores asíncronos y divisores de frecuencia.
Ejercicio con biestable tipo T
Representar en el cronograma cómo evoluciona el estado de la salida de un biestable T activo por flanco ASCENDENTE.
Solución al ejercicio
En los flancos ascendentes, el biestable cambia el estado de su salida, si estaba a nivel ALTO pasa a nivel BAJO, mientras que si estaba a nivel ALTO, pasa a nivel BAJO.
Biestable D
En los biestables D, el valor en la entrada D se transfieres a la salida en cada flanco activo de la señal de reloj CLK. Su símbolo es el siguiente:
En este caso, el dispositivo es activo por flanco descendente.
Siendo su tabla de verdad la siguiente:
| CLK | ENTRADA D | SALIDA Q t+1 |
|---|---|---|
| Flanco activo de la señal de reloj (CLK) | 0 | 0 |
| Flanco activo de la señal de reloj (CLK) | 1 | 1 |
Veamos con un ejemplo cómo funciona.
Ejercicio con biestable D
Representar la evolución de la salida de un biestable D, si aplicamos a su entrada la señal de la figura y la salida inicialmente está a nivel BAJO:
Solución al ejercicio
Como el dispositivo es activo por flanco descendente, nos fijamos en cada uno de esos flancos para comprobar el estado de su entrada, siendo ese valor en ese momento, el que pase al salida (nivel ALTO o BAJO).
Biestable J-K
Es similar al biestable R-S síncrono. En este caso la entrada J hace la función SET y la entrada K realiza la función RESET.
La única diferencia entre ambos es que en este caso, si se activan a nivel ALTO las dos entradas, la salida cambia al recibir el flanco activo de la señal de reloj.
El biestable J-K se utiliza para implementar circuitos digitales con contadores síncronos. Además, permite construir fácilmente cualquier otro tipo de biestables.
La tabla de verdad y su símbolo son los siguientes:
| ENTRADA J | ENTRADA K | SALIDA Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(anterior) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Q |
Veamos de qué manera se pueden implementar otros biestables con el J-K. Un biestable T realizado con J-K quedaría así:
Simplemente basta con unir las dos entradas J y K y conectarlas a un «UNO» lógico.
De la misma manera, también es posible obtener un biestable D a partir de un J-K:
Ejercicio con biestable J-K
Representar la señal de salida en un biestable J-K si a la entrada se le aplica el tren de pulsos de la figura si inicialmente la salida está a nivel BAJO. La señal de reloj del dispositivo es activa por flanco descendente.
Solución al ejercicio
Como es activo por flanco de bajada, comprobaremos el estado de las entradas en ese instante, y así obtenemos el valor que tomará la salida.
La evolución de la señal de salida es la siguiente:
Entradas asíncronas en biestables síncronos
Los biestables síncronos disponen de entradas asíncronas. Puede parecer una incongruencia, pero no lo es. Estos dispositivos ya he comentado varias veces (muchas para que quede claro) sólo cambian cunado aparece un flanco activo de la señal de reloj.
Asimismo, puede ser que necesitemos realizar un RESET o un SET de una forma asíncrona. Por ejemplo, imaginemos un cronómetro que está realizando una cuenta. Si en un momento dado queremos parar la cuenta y reiniciarla necesitamos disponer de un pulsador para ello. Pues bien, ese pulsador accionaría una entrada asíncrona.
Así que, las entradas asíncronas permiten realizar un RESET y un SET de estos dispositivos, siendo estas entradas PRIORITARIAS respecto a las entradas síncronas.
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