Flip-Flop D con Compuertas Lógicas

¡Construye un latch D sensible al nivel usando compuertas AND y NOT básicas—comprende cómo funcionan los flip-flops desde adentro!

Overview

Aunque los ICs de flip-flop dedicados son convenientes, entender cómo están construidos con compuertas básicas revela la elegante lógica detrás de la memoria digital. En este proyecto, construirás un latch D (flip-flop sensible al nivel) usando compuertas AND y compuertas NOT. Cuando la entrada de Habilitación es ALTA, la salida sigue a la entrada de Datos. Cuando Habilitación pasa a BAJO, la salida se "engancha" y retiene el último valor—¡creando memoria a partir de lógica combinacional pura! Esta es la base de todos los circuitos secuenciales.

Components Needed

  • 1x CD4081 IC (Quad AND Gate)
  • 1x SN74HC04 IC (Hex Inverter)
  • 2x LED
  • 2x Switch
  • variosx Wires

Instructions

  1. Reúne Tus Componentes

    Reúne todos los materiales: el IC CD4081 de cuatro compuertas AND, el IC SN74HC04 inversor hexagonal (compuerta NOT), dos LEDs, dos interruptores, cables, protoboard y fuente de alimentación de 5V. El CD4081 proporciona cuatro compuertas AND, y el SN74HC04 proporciona seis inversores—usaremos un subconjunto de cada uno.

  2. Identifica el IC CD4081 de Compuerta AND

    El CD4081 es un IC de 14 pines que contiene cuatro compuertas AND independientes de 2 entradas. Los Pines 1 y 2 son las entradas de la Compuerta 1, el Pin 3 es su salida. Los Pines 5-6-4 forman la Compuerta 2, los Pines 8-9-10 forman la Compuerta 3, y los Pines 12-13-11 forman la Compuerta 4. El Pin 7 es VSS (tierra), el Pin 14 es VDD (alimentación). La muesca marca el Pin 1.

  3. Identifica el IC Inversor SN74HC04

    El SN74HC04 es un IC de 14 pines que contiene seis compuertas NOT independientes (inversores). El Pin 1 es la entrada del Inversor 1, el Pin 2 es su salida. El patrón continúa: 3-4, 5-6, 9-8, 11-10, 13-12 para los inversores restantes. El Pin 7 es tierra, el Pin 14 es Vcc.

  4. Construye el Circuito del Latch D

    Coloca ambos ICs en el protoboard. Conecta la alimentación (Pin 14 a 5V, Pin 7 a GND) para ambos chips. Construye el latch: usa una compuerta AND con entradas de Datos y Habilitación, otra compuerta AND con entradas de NOT(Datos) y Habilitación. Las salidas de estas compuertas AND alimentan un latch SR cruzado construido con dos compuertas AND más e inversores. Conecta interruptores para Datos (arriba) y Habilitación (abajo), y LEDs a las salidas Q y Q̄.

  5. Estado Inicial: Ambos Interruptores Apagados

    Comienza con ambos interruptores en la posición de APAGADO. Datos = 0, Habilitación = 0. El latch está deshabilitado, por lo que mantiene cualquier estado en el que se encendió. Los LEDs muestran Q=0, Q̄=1 (patrón de salida 01).

  6. Datos en ALTO, Habilitación Todavía en BAJO

    Mueve el interruptor de Datos (arriba) a ENCENDIDO. Habilitación sigue en BAJO, por lo que el latch permanece bloqueado—la salida no cambia. Las compuertas AND que pasan datos están bloqueadas porque Habilitación = 0.

  7. Habilita el Latch con Datos en BAJO

    Devuelve Datos a APAGADO, luego mueve Habilitación (interruptor inferior) a ENCENDIDO. El latch ahora está habilitado y "transparente." Como Datos = 0, la salida muestra Q=0, Q̄=1. La salida está siguiendo a la entrada.

  8. Cambia los Datos Mientras Está Habilitado

    Con Habilitación aún en ALTO, mueve Datos a ENCENDIDO. ¡Observa cómo la salida cambia inmediatamente a Q=1, Q̄=0! Mientras está habilitado, el latch es transparente—cualquier cambio en Datos aparece en la salida. Esto es diferente de los flip-flops activados por flanco.

  9. ¡Deshabilita el Latch: Los Datos Quedan Enganchados!

    Mueve Habilitación a APAGADO mientras mantienes Datos en ALTO. La salida ahora está "enganchada"—mantiene Q=1 aunque Habilitación esté en BAJO. ¡Los datos han sido capturados y almacenados!

  10. Verifica que los Datos Están Verdaderamente Almacenados

    Ahora mueve el interruptor de Datos a APAGADO. ¡La salida permanece en Q=1! Aunque Datos ahora es 0, el latch está deshabilitado e ignorando los cambios de entrada. Esta es la función de memoria—el latch recuerda el último valor presente cuando Habilitación pasó a BAJO.

Challenges

  • Dibuja el esquemático de tu circuito y traza la ruta de la señal para los estados habilitado y deshabilitado
  • Construye un flip-flop D maestro-esclavo agregando un segundo latch con habilitación invertida
  • Agrega LEDs indicadores en los nodos intermedios para visualizar cómo se propagan las señales
  • Intenta construir primero un latch SR usando solo compuertas NAND o NOR
  • Compara el comportamiento temporal de este latch con el flip-flop SN74LS74 del proyecto anterior