CONTADORES. EL FLIP-FLOP J-K. PARTE 3ª

Aunque el flip-flop J-K es un elemento central para la construcción de contadores electrónicos, su uso no está limitado a este tipo de circuitos. Las aplicaciones de un bloque tan versátil como lo es el flip-flop J-K son tan amplias que están limitadas únicamente por la imaginación del diseñista. Del flip-flop J-K se pueden obtener otros componentes más sencillos y más especializados como el flip-flop D y el flip-flop T. Aquí es en donde tenemos el punto de partida para la construcción de componentes funcionales más especializados tales como el registro de transferencia (shift register), conocido también como registro de desplazamiento y como registro de corrimiento. En este componente podemos ir metiendo varios bits de uno en uno hasta llenarlo a su máxima capacidad, tras lo cual podemos enviarlos juntos hacia afuera en forma paralela o inclusive en forma serial a la vez que vamos reintroduciendo la información de nuevo al registro de desplazamiento para otro uso posterior. Esta acción la podemos esquematizar de la siguiente manera en un circuito lógico que podemos suponer que se ha construído con cuatro flip-flops J-K:

En este ejemplo, tras el primer "pulso de reloj", el último bit correspondiente a la palabra binaria 1011 ha entrado ya en el primer flip-flip del registro de transferencia. Al siguiente "pulso de reloj", le toca su turno al penúltimo bit de la palabra binaria entrar al primer flip-flop del registro de transferencia, a la vez que el bit que estaba en el primer flip-flop es desplazado hacia el segundo flip-flop hacia su derecha. De este modo, la palabra binaria va entrando al registro de desplazamiento hasta que está completamente dentro del registro, y eventualmente empieza a salir del registro bajo la acción de los siguientes pulsos de reloj. Puesto que este es un registro de transferencia en el cual la información binaria entra en forma serial (por la izquierda) y sale en forma serial (por la derecha), este tipo de registro es conocido como de entrada-serial salida-serial o siso (serial-input serial-output). Se pueden concebir otros tres tipos de registros de transferencia, el que es conocido como de entrada-serial salida-paralela o sipo (serial-input parallel-output):

y el que es conocido como de entrada-paralela salida-serial o piso (parallel-input serial-output):

y el que es conocido como de entrada-paralela salida-paralela o pipo (parallel-input parallel-output):

Diseñar un registro de transferencia con flip-flops J-K o cualquier otro tipo de flip-flop es un asunto relativamente fácil. Pero el problema general en el diseño de circuitos secuenciales consiste en, dada una tabla de secuencias, diseñar un circuito lógico que pueda producir en forma ordenada dicha tabla de secuencias, todo bajo el control de un "pulso de reloj" maestro.

En otros tiempos, dados los costos altísimos de un componente tan básico como el inversor lógico NOT construído a base de lentos relevadores electromecánicos o de componentes más rápidos pero aún más costosos como los tubos electrónicos al vacío, diseñar un circuito secuencial con la menor cantidad teórica posible de componentes era un asunto de la más alta prioridad, y para ello se invertían muchas horas de estudio refinando al máximo técnicas como el mapa de Karnaugh para poder obtener los diseños más económicos posibles. Pero el dramático abaratamiento de los circuitos integrados en donde se implementan las funciones lógicas básicas ha hecho posibles otros recursos más prácticos de diseño que no enfatizan tanto aquellas herramientas teóricas de tan laborioso acceso que inclusive estaban fuera del alcance de la mayoría de los técnicos por ser impartidas en cursos a nivel universitario en las carreras de ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica y ciencias computacionales.

Supóngase que se desea construír una máquina secuencial que sea capaz de generar una secuencia de ocho palabras de 4 bits cada palabra. Si tenemos la tabla de secuencias a la mano, entonces todo lo que tenemos que hacer es proporcionar un contador binario de conteo ascendente que empezando con el estado Q₁Q₂Q₃=000 suba al estado Q₁Q₂Q₃=001 en el siguiente "pulso de reloj", tras esto al estado Q₁Q₂Q₃=010 en el siguiente "pulso de reloj", y así sucesivamente, llevando a cabo un conteo binario ascendente. Podemos construír fácilmente un contador de este tipo con flip-flops J-K. O mejor aún, lo podemos comprar ya hecho dentro de un circuito integrado como el CD4520 (el cual incluye dos contadores binarios ascendentes por el precio de uno):

Todo lo que tenemos que hacer ahora es agregarle una memoria ROM, conectando directamente las salidas Q del contador binario a las entradas A de domicilios de la memoria ROM. El ROM tiene que tener grabada en su memoria la tabla de secuencias en forma ordenada, con la primera secuencia puesta como el dato localizable en el primer domicilio, la segunda secuencia puesta como el dato localizable en el segundo domicilio, y así sucesivamente. El circuito presenta así el siguiente aspecto:

Todo lo que tenemos que hacer ahora es aplicarle "pulsos" de la señal de reloj de la duración deseada en la terminal de entrada "Reloj" para ver trabajar a nuestro secuenciador.

Existe otra alternativa de diseño, explorada en la sección de problemas resueltos de este capítulo, la cual consiste en utilizar una memoria ROM en la cual se recurre al "truco" de retroalimentar las entradas del ROM con sus salidas, de modo tal que cada domicilio apunte hacia una localidad que es otro domicilio del mismo ROM y a la vez la secuencia que sigue. De esta manera, el abaratamiento de la microelectrónica no solo ha hecho posible que un técnico pueda lograr lo mismo que lo que antes requería a un ingeniero para lograr, ha hecho obsoletos muchos de los conocimientos tan arduamente adquiridos por este ingeniero que hoy en día nos sirven únicamente como ejercicio intelectual, un ejercicio intelectual muy interesante pero de dudosa utilidad en la práctica.