7.5: NAND Gate S-R Flip-Flop

PARTES Y MATERIALES

• 4011 cuádruple puerta NAND (Radio Shack catálogo # 276-2411)
• 4001 cuádruple puerta NOR (Radio Shack catálogo # 276-2401)
• Interruptor DIP de ocho posiciones (Radio Shack catálogo # 275-1301)
• Gráfico de barras LED de diez segmentos (Radio Shack catálogo # 276-081)
• Una batería de 6 voltios
• Tres resistencias de 10 kΩ
• Dos resistencias de 470 Ω

¡Precaución! El 4011 IC es CMOS, ¡y por lo tanto sensible a la electricidad estática! Aunque la lista de piezas requiere una unidad LED de diez segmentos, la ilustración muestra dos LEDs individuales que se utilizan en su lugar. Esto se debe a la falta de espacio en mi placa de pruebas para montar el conjunto del interruptor, dos circuitos integrados y el gráfico de barras. Si tiene espacio en su tabla de pruebas, no dude en usar el gráfico de barras como se indica en la lista de piezas y como se muestra en los circuitos de pestillo anteriores.

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 4, Capítulo 3: “Puertas Lógicas”

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 4, capítulo 10: “Multivibradores”

Objetivos de aprendizaje

• La diferencia entre un pestillo cerrado y un flip-flop
• Cómo construir un circuito “detector de pulsos”
• Conozca los efectos del “rebote” del contacto del interruptor en los circuitos digitales

Diagrama esquemático

Ilustracion

INSTRUCCIÓN

La única diferencia entre un pestillo cerrado (o habilitado) y un flip-flop es que un flip-flop se habilita solo en el borde ascendente o descendente de una señal de “reloj”, en lugar de durante toda la duración de una señal de habilitación “alta”. La conversión de un pestillo habilitado en un flip-flop simplemente requiere que se agregue un circuito “detector de pulsos” a la entrada Enable para que el borde de un pulso de reloj genere un breve pulso de habilitación “alto”:

La única puerta NOR y las tres puertas inversoras crean este efecto al explotar el tiempo de retardo de propagación de múltiples puertas en cascada. En este experimento, utilizo tres puertas NOR con entradas paralelas para crear tres inversores, usando así las cuatro puertas NOR de un circuito integrado 4001:

Normalmente, cuando se usa una puerta NOR como inversor, una entrada estaría conectada a tierra mientras que la otra actúa como entrada del inversor, para minimizar la capacitancia de entrada y aumentar la velocidad. Aquí, sin embargo, se desea una respuesta lenta, por lo que paraleo las entradas NOR para hacer inversores en lugar de usar el método más convencional. Tenga en cuenta que este circuito detector de pulsos en particular produce un pulso de salida “alto” en cada borde descendente de la señal de reloj (entrada). Esto significa que el circuito flip-flop debe responder a los estados de entrada Set y Reset solo cuando el interruptor central se mueve de “on” a “off”, no de “off” a “on”.

Sin embargo, cuando construyes este circuito, puedes descubrir que las salidas responden a las señales de entrada Set y Reset durante ambas transiciones de la entrada de Reloj, no solo cuando se cambia de un estado “alto” a un estado “bajo”. La razón de esto es el rebote de contacto: el efecto de un interruptor mecánico que se hace y rompe rápidamente cuando sus contactos se cierran por primera vez, debido a la colisión elástica de las almohadillas de contacto metálicas. En lugar de que el interruptor Clock produzca una única transición de señal limpia de baja a alta cuando se cierra, lo más probable es que haya varios “ciclos” de bajo-alto-bajo a medida que las almohadillas de contacto “rebotan” al activarse de encendido a apagado. La primera transición de alto a bajo causada por el rebote activará el circuito detector de pulsos, habilitando el pestillo S-R para ese momento en el tiempo, haciéndolo sensible a las entradas Set y Reset. Idealmente, por supuesto, los interruptores son perfectos y sin rebotes. En el mundo real, sin embargo, el rebote de contacto es un problema muy común para los circuitos de puerta digitales operados por entradas de interruptor y debe entenderse bien si se quiere superar.