Flip-flops e Dispositivos Correlatos

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UPEM
Núcleo de Pesquisa em Mecatrônica 
CEFET/RJ campus Nova Iguaçu
Sistemas Digitais
(GELE1631-GELE1622)
Caṕıtulo 5
Flip-flops e Dispositivos Correlatos
Rene Cruz Freire
rene.freire@cefet-rj.br
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca
Campus Nova Iguaçu
8/2023
Sumário
Latch com portas NAND
Latch com portas NOR
Pulsos digitais
Sinais de clock e flip-flops com clock
Flip-flop S-R com clock
Flip-flop J-K com clock
Flip-flop D com clock
Latch D (latch transparente)
Entradas asśıncronas
Sincronização de flip-flops
Detectando uma sequência de entrada
Armazenamento e transferência de dados
Transferência serial de dados: registradores de deslocamento
Divisão de frequência e contagem
Dispositivos Schmitt-trigger
Multivibrador monoestável
Introdução
▶ Até agora estudamos circuitos combinacionais
▶ Boa parte dos circuitos práticos são constitúıdos de
circuitos combinacionais e de elementos de memória
▶ Elemento de memória mais importante é o flip-flop (FF)
▶ Composição de portas lógicas com realimentação
Introdução
▶ Estado SET: estado ALTO do FF, i.e., Q = 1/Q = 0
▶ Estado RESET ou CLEAR: estado BAIXO do FF, i.e.,
Q = 0/Q = 1
▶ Outras denominações para flip-flop:
▶ Latch ou multivibrador biestável
Latch com portas NAND
▶ SET e RESET geralmente estão no estado ALTO e uma
delas é pulsada para ńıvel BAIXO
Setando o latch com portas NAND
▶ Pulso de ńıvel BAIXO em SET sempre leva o latch para o
estado Q = 1
Resetando o latch com portas NAND
▶ Pulso de ńıvel BAIXO em RESET sempre leva o latch para
o estado Q = 0
Resumo do latch com portas NAND
▶ SET = RESET = 1
▶ Estado normal de repouso
▶ Q e Q permanecem nos mesmos estados
▶ SET = 0 e RESET = 1
▶ Operação de setar o latch
▶ Q = 1 e Q = 0
▶ SET = 1 e RESET = 0
▶ Operação de resetar o latch
▶ Q = 0 e Q = 1
▶ SET = RESET = 0
▶ Condição que não deve ser utilizada
Resumo do latch com portas NAND
Representações alternativas
▶ O latch NAND e o latch NOR (que será apresentado a
seguir) são conhecidos como latches S-R
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do latch mostrado na figura do slide anterior. Considerando que
inicialmente Q = 0, determine a forma de onda na sáıda Q
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do latch mostrado na figura do slide anterior. Considerando que
inicialmente Q = 0, determine a forma de onda na sáıda Q
Exemplo
É praticamente imposśıvel obter uma transição “limpa” de
tensão a partir de uma chave mecânica devido ao fenômeno de
trepidação do contato (contact bounce). Um latch NAND pode
ser usado para evitar problemas com isso.
Resumo do latch com portas NOR
▶ SET = RESET = 0
▶ Estado normal de repouso
▶ Q e Q permanecem nos mesmos estados
▶ SET = 1 e RESET = 0
▶ Operação de setar o latch
▶ Q = 1 e Q = 0
▶ SET = 0 e RESET = 1
▶ Operação de resetar o latch
▶ Q = 0 e Q = 1
▶ SET = RESET = 1
▶ Condição que não deve ser utilizada
Resumo do latch com portas NAND
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do latch mostrado na figura do slide anterior. Considerando que
inicialmente Q = 0, determine a forma de onda na sáıda Q
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do latch mostrado na figura do slide anterior. Considerando que
inicialmente Q = 0, determine a forma de onda na sáıda Q
Exemplo
Detecção de interrupção de um feixe de luz utilizando
fototransistor e latch com portas NOR
Pulsos digitais
▶ Largura de pulso: tw
▶ Tempos de subida e descida: tr
Sinais de clock
▶ Modo de operação de sistemas digitais
▶ Śıncrono: sáıdas só podem mudar de estado em momentos
predefinidos
▶ Um sinal chamado clock define estes momentos
▶ Sistemas śıncronos são mais simples para projeto e análise
▶ Asśıncrono: sáıdas podem mudar de estado a qualquer
momento
Sinais de clock
▶ Sincronização de eventos é obtida com flip-flops com clock
▶ A velocidade do sistema acaba sendo limitada pela
velocidade do clock
Flip-flops com clock
▶ Entrada adicional chamada CLK , ou CK , ou CP (clock
pulse)
▶ A entrada é disparada por borda, ou seja, é ativada em
uma transição
▶ As demais entradas de controle (śıncronas) não possuem
efeito na sáıda até que haja uma transição do sinal de clock
Tempos de setup e hold
▶ Tempo de setup: na faixa de 5 a 50 ns
▶ Tempo de hold: na faixa de 0 a 10 ns
Flip-flop S-R com clock
Flip-flop S-R com clock
Flip-flop S-R com clock
Circuito interno de um flip-flop S-R com clock
▶ Composto por três partes:
▶ Latch NAND básico
▶ Circuito direcionador de pulsos
▶ Circuito detector de borda
Exemplo de detector de borda
Exemplo de detector de borda
Flip-flop J-K
▶ Similar ao flip-flop S − R, com a seguinte exceção:
▶ A condição J = K = 1 não gera ambiguidade
▶ É denominado modo de comutação
▶ É mais utilizado que o S-R
Flip-flop J-K
Flip-flop J-K
Circuito interno de um flip-flop J-K disparado por borda
Flip-flop D
Flip-flop D
Implementação de um flip-flop D
Transferência de dados em paralelo
Latch D
▶ É um flip-flop D sem detector de pulsos
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do latch D mostrado na figura do slide anterior. Considerando
que inicialmente Q = 0, determine a forma de onda na sáıda Q
Entradas asśıncronas
▶ As entradas que estudamos até agora (S ,R, J ,K ,D) são
denominadas entradas śıncronas
▶ A maioria dos FFs com clock também possuem entradas
asśıncronas
▶ Operação independente das demais entradas e do clock
▶ Podem ser utilizadas para colocar o FF no estado 1 ou 0 em
qualquer instante
▶ São também chamadas de entrada de sobreposição
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do FF mostrado na figura do slide anterior. Considerando que
inicialmente Q = 1, determine a forma de onda na sáıda Q
Exemplo
As formas de onda da figura abaixo são aplicadas nas entradas
do FF mostrado na figura do slide anterior. Considerando que
inicialmente Q = 1, determine a forma de onda na sáıda Q
Problemas com pulsos parciais
Sincronização de entradas asśıncronas
Detectando sequenciamento de entradas
▶ Em várias situações, a ordem em que as entradas são ativas
pode ser importante
▶ Como devemos proceder se queremos uma sequencia com 4
Entradas?
Armazenamento e transferência de dados
▶ Uso mais comum do flip-flop: armazenamento de dados
▶ Grupos de flip-flops são denominados registradores
▶ A operação mais comum com os dados armazenados é a
transferência
▶ Existem transferências śıncronas e asśıncronas
Transferência śıncrona
Transferência asśıncrona
Transferência paralela de dados
Transferência serial de dados: registradores de
deslocamento
Transferência serial entre registradores
Divisão de frequência e contagem
Divisão de frequência e contagem
Diagrama de transição de estados
▶ Módulo de um contador = número de estados
Dispositivos Schmitt-trigger
▶ Permite trabalhar com entradas com transições lentas sem
fazer com que a sáıda fique oscilando
Dispositivos Schmitt-trigger
Monoestável não redisparável
Monoestável redisparável
Exerćıcios - Caṕıtulo 5
▶ Latches com portas NAND e NOR e Análise de Defeitos -
5.2, 5.3;
▶ Pulsos Digitais, Sinais de Clock e Flip-Flops S-R com
Clock - 5.7, 5.8, 5.10;
▶ Flip-Flop J-K com Clock - 5.12, 5.13;
▶ Flip-Flop D com Clock - 5.15, 5.16;
▶ Entradas Asśıncronas - 5.20;
▶ Sincronização de Flip-Flops e Detecção de uma Sequência
de Entrada - 5.26;
▶ Armazenamento e Transferência de Dados e Registradores
de Deslocamento - 5.27, 5.28;
▶ Divisão de Frequência e Contagem - 5.30, 5.31, 5.32, 5.33.
	Sumário
	Latch com portas NAND
	Latch com portas NOR
	Pulsos digitais
	Sinais de clock e flip-flops com clock
	Flip-flopS-R com clock
	Flip-flop J-K com clock
	Flip-flop D com clock
	Latch D (latch transparente)
	Entradas assíncronas
	Sincronização de flip-flops
	Detectando uma sequência de entrada
	Armazenamento e transferência de dados
	Transferência serial de dados: registradores de deslocamento
	Divisão de frequência e contagem
	Dispositivos Schmitt-trigger
	Multivibrador monoestável