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Pratica 05 - Eletrônica I - Flip-flops

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AULA PRÁTICA
Disciplina: Eletrônica I
Professores: Herivelton Alves de Oliveira
Semestre 2015.2
	Prática nº
	
	
	05
Flip – Flops: O Básico
Objetivos:
Compreender um sistema de armazenagem de informação eletrônica.
Familiarização com os circuitos digitais seqüenciais
Familiarização com o princípio de funcionamento dos Flip-flops.
Desenvolver um latch utilizando circuitos NAND.
Construir, a partir de circuitos lógicos, um flip-flop tipo SR.
Transformar este flip-flop em um flip-flop tipo JK.
Informação Teórica
Vimos anteriormente o funcionamento de uma lógica combinacional, ou ainda, uma lógica para a qual a saída é pré-determinada de forma unívoca pelas entradas.  Estes circuitos apresentam um grave problema, que é a ausência de memória sobre os estados anteriores.  Todo o desenvolvimento computacional e de comunicações digitais está suportado pela concepção de memória.  Este computador onde voce está acessando este texto depende da existência de contadores, osciladores, somadores e toda uma lógica que depende, fundamentalmente, da existência de conhecimento sobre os estados anteriores do sistema em função do tempo, ou seja, memória. 
            Existem distintos tipos de memória, porém, a lógica de todas elas está associada a circuitos oscilantes, chamados de flip-flop, que podem alternar sua saída (estados flip ou flop, p.e.) em função dos parâmetros de entrada e do tempo decorrido. 
            O conceito de tempo está associado a pulsos de um relógio (clock), que vai alternar estados entre 0 e 1, com uma frequência pré-determinada, e será utilizado na propagação temporal da informação.
O objetivo fundamental deste grupo de experimentos é a compreensão de como podemos armazenar informação em uma estrutura eletrônica, e como retransmitir esta informação em tempos (pulsos de clock) posteriores.
PROCEDIMENTOS
Uma memória de um bit é o elemento fundamental para desenvolver qualquer outra memória.  Estas memórias de um bit podem "guardar" estados "1" (Q=1) ou estados "0" (Q=0). 
            Uma estrutura básica de uma memória, ainda não associada a qualquer pulso externo de clock, pode ser obtida a partir de dois NANDs associados, conforme visto a seguir.
Figura 1 – Latch de portas NAND.
Como pode ser observado no esquema ao lado, existem duas saídas Q e Q negado que realimentam a entrada.  Esta realimentação associada aos NANDs faz com que, independente dos valores de entrada, as únicas saídas possíveis para esta montagem são opostas entre  sí, ou seja, os valors de Q e Q negado serão iguais a 0 e 1 ou 1 e 0, respectivamente. 
Prove as afirmações acima.
Obtenha a tabela verdade do circuito da figura 1 montando o circuito.
Simule no Proteus o circuito da figura 1.
Se buscamos uma memória, desejamos que seja possível escrever o valor na memória, não nos serve de nada uma memória na qual não possamos controlar seu conteúdo!   Uma das formas de controlar o conteúdo de uma memória é associar às entradas uma lógica inversora, utilizando NANDs.  A utilização dos NANDs permite que a memória fique estável em várias situações, i.e., mantendo seu valor, independente do que aconteça na entrada.  Somente quando o pulso de clock (Ck) for positivo, é que o sinal poderá ser modificado dentro do flip-flop.  Este flip-flop é chamado de SR (set e reset), explique por que dos nomes, a partir da discussão sobre sua tabela verdade.
Figura 2 – Latch de portas NAND com clock.
A partir das discussões realizadas na preparação, monte um flip-flop SR com clock (ver figura 2) e obtenha a tabela verdade do mesmo.
Simule no Proteus o circuito da figura 2.
Você deve perceber, em sua análise, que o flip-flop SR ainda apresenta situações onde as entradas e os resultados na saída são indefinidos.  Uma das formas de corrigir este problema é desenvolver outro tipo de flip-flop, chamado de JK, onde as saídas realimentam as entradas.
Figura 3 – Circuito equivalente de um FF tipo JK com portas NAND.
OBS:
A notação  se altera :  S=J e R=K.  
Estude atentamente a tabela verdade, 
e imagine como realizar a montagem experimental deste flip-flop. 
Utilizando os dois integrados sugeridos abaixo, construa um flip-flop tipo JK, seguindo o esquema lógico apresentado na figura 3 e monte sua tabela verdade.
Simule no Proteus o circuito da figura 3.
 
Tendo em vista a figura 4 logo abaixo, implemente de forma semelhante o circuito que converte o flip-flop JK em um flip-flop tipo D.
Figura 4 – Conversão do flip-flop tipo JK em tipo D.
Implemente o circuito da figura 4 utilizando somente portas NAND e levante a tabela verdade.
Simule no Proteus o circuito montado anteriormente (FF tipo D a partir do FF tipo JK usando somente portas NAND).
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