Construcción de un Flip-Flop Set-Reset Basado en Puertas NAND

PARTES Y MATERIALES

• Puerta NAND cuádruple 4011 (Radio Shack catálogo # 276-2411)
• Puerta NOR cuádruple 4001 (Radio Shack catálogo # 276-2401)
• Interruptor DIP de 8 posiciones (Radio Shack catálogo # 275-1301)
• Barra gráfica LED de 10 segmentos (Radio Shack catálogo # 276-081)
• Una batería de 6 V
• Tres resistencias de 10 kΩ
• Dos resistencias de 470 Ω

¡Precaución! El IC 4011 es CMOS y por lo tanto altamente sensible a descarga estática. Aunque la lista de partes pide una barra LED de 10 segmentos, la ilustración muestra dos LEDs individuales debido a espacio limitado en el protoboard. Si tienes suficiente espacio, siéntete libre de instalar la barra gráfica como se pretendía originalmente.

REFERENCIAS CRUZADAS

• Lessons In Electric Circuits, Volumen 4, Capítulo 3: "Puertas Lógicas"
• Lessons In Electric Circuits, Volumen 4, Capítulo 10: "Multivibradores"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Distinguir entre un latch habilitado (o con compuerta) y un flip-flop
• Construir un circuito detector de pulso que permita operación edge-triggered (disparada por flanco)
• Comprender cómo el rebote de interruptor mecánico puede perturbar la lógica digital y aprender estrategias de mitigación

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

La diferencia central entre un latch habilitado (o con compuerta) y un flip-flop es el mecanismo de disparo: un flip-flop reacciona solo a un flanco de reloj, mientras que un latch sigue una señal de enable sostenida. Convertir un latch habilitado en un flip-flop simplemente requiere agregar un detector de pulso que convierta un flanco de reloj en un breve pulso de enable alto.

El detector de pulso usa una sola puerta NOR y tres inversores. Al paralelar las entradas NOR, deliberadamente ralentizamos la propagación para generar un pulso estrecho en cada flanco descendente del reloj.

Normalmente, una puerta NOR se cablea como inversor atando una entrada a tierra y alimentando la otra con la señal, lo que minimiza la capacitancia y maximiza la velocidad. En este circuito intencionalmente paralelas las entradas para crear un inversor lento, asegurando que el pulso permanezca lo suficientemente largo para disparar el latch.

Este diseño produce un pulso de salida alto en cada flanco descendente del reloj. Consecuentemente, el latch SR responde a Set y Reset solo cuando el interruptor central se mueve de "on" a "off". En la práctica, sin embargo, puedes observar respuestas en ambas transiciones debido al rebote de contactos.

Los interruptores mecánicos tienden a rebotar —abrirse y cerrarse rápidamente— cuando se accionan por primera vez. Esto crea múltiples transiciones bajo-alto-bajo que pueden disparar inadvertidamente el detector de pulso dos veces, causando que el latch reaccione a ambos flancos de reloj. Comprender y mitigar el rebote de contactos es esencial para lógica digital confiable.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA

• Hoja de Trabajo de Circuitos Flip-Flop