Flip-Flop D

El flip-flop D (Datos) es el elemento secuencial más ampliamente utilizado. Captura el valor de la entrada D en el momento de un flanco de reloj (generalmente flanco de subida) y mantiene ese valor hasta el siguiente flanco de reloj. A diferencia del latch SR, no tiene estado prohibido: cualquier valor que esté en D cuando el reloj hace tick se almacena. Los flip-flops D son los bloques de construcción de registros, contadores y máquinas de estados.

Objectives

• Comprender el disparo por flanco positivo y negativo
• Leer diagramas de temporización: tiempo de setup, tiempo de hold, retardo clock-a-Q
• Describir la implementación maestro-esclavo
• Usar el flip-flop D dual 74HC74
• Aplicar flip-flops D en circuitos de registros y contadores

Key Takeaways

• El flip-flop D captura D en el flanco de reloj y lo mantiene hasta el siguiente flanco
• Sin estado prohibido: cualquier valor en D es válido
• Tiempo de setup: D debe estar estable antes del flanco de reloj. Tiempo de hold: estable después del flanco.
• Violar la temporización → metaestabilidad (salida indefinida)
• 74HC74: flip-flop D dual de flanco positivo con preset y clear
• La arquitectura maestro-esclavo crea el comportamiento disparado por flanco a partir de dos latches

Applications

• Registros: Grupos de flip-flops D almacenan datos de múltiples bits.
• Contadores: Conectados con retroalimentación para contar pulsos de reloj.
• Máquinas de Estados: Almacenan el estado actual en diseños FSM.
• Etapas de Pipeline: Mantienen valores intermedios entre etapas de cómputo.

Practice Problems

Problem 1: Un flip-flop D de flanco positivo tiene D=1 y CLK transiciona de BAJO a ALTO. ¿Qué le sucede a Q?

Problem 2: Si el tiempo de setup es 20ns y el período de reloj es 100ns, ¿cuánto tiempo antes del flanco de reloj debe estar estable D?

Problem 3: ¿Cómo se construye un flip-flop de conmutación (flip-flop T) a partir de un flip-flop D?

Problem 4: ¿Qué es la metaestabilidad y cuándo ocurre?