Domina la lógica combinacional y secuencial: Guía completa

Si estás estudiando ingeniería electrónica o informática, es muy probable que hayas escuchado hablar sobre la lógica combinacional y secuencial. Estos son dos conceptos fundamentales en la electrónica digital y son esenciales para entender cómo funcionan los circuitos digitales.

En este artículo, te explicaremos qué es la lógica combinacional y secuencial, cómo funcionan y cuáles son las principales diferencias entre ellas. También te daremos algunos ejemplos para que puedas entender mejor estos conceptos y, al final, te dejaremos con algunas preguntas frecuentes para que puedas repasar lo aprendido.

¿Qué es la lógica combinacional?

La lógica combinacional se refiere a un tipo de circuito digital en el que la salida depende únicamente de las entradas actuales. Es decir, la salida no depende de estados anteriores o de una secuencia específica de entradas.

En otras palabras, la lógica combinacional es como una calculadora que realiza una operación matemática específica en función de los números que ingreses. Por ejemplo, si sumas dos números en una calculadora, la salida dependerá únicamente de los números que ingresaste y no de ningún otro factor.

Algunos ejemplos de circuitos combinacionales son las puertas lógicas (AND, OR, NOT, XOR) y los multiplexores. Estos circuitos se utilizan para realizar operaciones matemáticas simples o para tomar decisiones basadas en las entradas actuales.

¿Qué es la lógica secuencial?

La lógica secuencial, por otro lado, se refiere a un tipo de circuito digital en el que la salida depende tanto de las entradas actuales como de los estados anteriores. Es decir, la salida no solo depende de las entradas actuales, sino también de lo que haya sucedido en el circuito en el pasado.

Un ejemplo común de circuito secuencial es una memoria. En una memoria, la salida depende de la dirección de memoria y del estado anterior del circuito. Si intentas leer un valor de memoria que nunca se ha escrito, la salida será desconocida.

Otro ejemplo de circuito secuencial es un contador. En un contador, la salida cambia cada vez que se recibe una señal de reloj y depende del estado anterior del contador. Si el contador estaba en el estado 5 y se recibe una señal de reloj, la salida será 6.

¿Cómo funcionan la lógica combinacional y secuencial?

La lógica combinacional funciona mediante la combinación de entradas utilizando puertas lógicas para producir una salida. Cada puerta lógica tiene una tabla de verdad que indica cómo se comporta en función de las entradas. Por ejemplo, una puerta AND producirá una salida alta solo si ambas entradas son altas.

En la lógica secuencial, la salida depende de las entradas actuales y del estado anterior del circuito. Esto se logra mediante el uso de dispositivos de almacenamiento, como flip-flops, que mantienen el estado del circuito entre ciclos de reloj. Los flip-flops tienen entradas y salidas que se utilizan para controlar el estado del circuito.

¿Cuáles son las principales diferencias entre la lógica combinacional y secuencial?

La principal diferencia entre la lógica combinacional y secuencial es que la salida de la lógica combinacional depende solo de las entradas actuales, mientras que la salida de la lógica secuencial depende tanto de las entradas actuales como de los estados anteriores del circuito.

Otra diferencia importante es que la lógica combinacional se utiliza generalmente para realizar operaciones matemáticas simples o para tomar decisiones basadas en las entradas actuales, mientras que la lógica secuencial se utiliza para almacenar datos o para realizar operaciones más complejas que requieren el uso de estados anteriores.

Ejemplo de lógica combinacional:

Supongamos que queremos construir un circuito que encienda una luz si ambas entradas A y B son altas. En este caso, podemos utilizar una puerta AND para combinar las dos entradas y producir una salida. La tabla de verdad para una puerta AND es la siguiente:

| A | B | Salida |
|---|---|--------|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |

Por lo tanto, podemos construir el siguiente circuito:

```
A
|
+-----+ +
AND | |
+-----+ |
| |
+-----------+
|
|
+-----+
|
|
Salida
|
|
+-----+
| |
+-----------+
B
```

Si A y B son ambos altos, la salida de la puerta AND será alta y la luz se encenderá. Si cualquiera de las entradas es baja, la salida será baja y la luz permanecerá apagada.

Ejemplo de lógica secuencial:

Supongamos que queremos construir un contador de 3 bits que cuente de 0 a 7 y luego vuelva a 0. En este caso, podemos utilizar tres flip-flops para almacenar el estado del contador y una lógica combinacional para determinar cuál será el siguiente estado.

La tabla de verdad para un contador de 3 bits es la siguiente:

| Estado actual | Entrada de reloj | Estado siguiente |
|---------------|-----------------|------------------|
| 000 | 1 | 001 |
| 001 | 1 | 010 |
| 010 | 1 | 011 |
| 011 | 1 | 100 |
| 100 | 1 | 101 |
| 101 | 1 | 110 |
| 110 | 1 | 111 |
| 111 | 1 | 000 |

En este caso, la lógica combinacional se utiliza para determinar el estado siguiente en función del estado actual. Podemos construir el siguiente circuito:

```
+-----+ +-----+ +-----+ +
Reiniciar| | | | | | | | +------+
-------->| FF1 |---->| FF2 |---->| FF3 |---->| LCO |---->| |
| | | | | | | | | |
+-----+ +-----+ +-----+ +-----+ +------+
| | | | |
| | | | |
| | | | |
+-----------+-----------+-----------+-----------+
|
|
Salida
|
|
+------+
| |
+------+
```

En este circuito, cada flip-flop representa un bit del contador y la lógica combinacional determina el estado siguiente en función del estado actual. La entrada de reinicio se utiliza para volver el contador a cero.

Conclusión

La lógica combinacional y secuencial son conceptos fundamentales en la ingeniería electrónica y son esenciales para entender cómo funcionan los circuitos