Artigo Relógio Digital

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Projeto Relógio Digital 
 
 
 
 Resumo  O relatório a seguir apresenta o pré-projeto 
interdisciplinar entre as disciplinas de Circuitos Digitais e 
Circuitos Elétricos, o projeto será posteriormente feito em 
laboratório para implementar contadores e obter-se uma melhor 
experiência sobre seu funcionamento. O projeto se trata de um 
relógio digital no formato 24 horas (horas, minutos e segundos), 
que será criado com displays de sete segmentos, flip flops JK, e 
decodificadores para assim desenvolver-se os circuitos 
combinacionais necessários. 
 
 Palavras-chave  Relógio digital, Flip Flop JK, Circuitos 
Combinacionais. 
 
I. INTRODUÇÃO 
 
 Um dos principais e mais comuns projetos desenvolvidos a 
partir dos conceitos desenvolvidos em circuitos 
digitais/elétricos, é a criação de um relógio, é uma pratica 
muito interessante, pois se utiliza de vários conceitos, assim 
como osciladores, flip-flops, contadores, integração de blocos 
de circuito entre outros. 
O projeto baseia-se na criação de um relógio digital que 
marca as horas no formato 24h, toda a implementação que 
acontece nesse sistema, acontece através de portas logicas 
básicas e flip-flops do tipo JK, o que permite uma visualização 
mais clara do funcionamento do circuito através dos blocos 
básicos. Apresenta-se a seguir algumas definições importantes 
para a realização desse projeto. 
 
FLIP FLOP JK 
 
O Flip-Flop JK é um dos mais importantes por ser o que 
executa mais funções. Este tipo de flip-flop resolve a 
indefinição da condição de ligado e desligado ao mesmo tempo 
do Flip-Flop RS. 
No Flip-Flop JK ativo em "1", a entrada que liga a saída é a 
entrada J, a entrada que desliga a saída é a entrada K, quando 
as duas entradas têm o valor ativo a saída assume uma nova 
função, a função "TROCA". 
Na função "TROCA" a saída troca o valor do estado 
anterior. Por exemplo, se o estado anterior da saída era "1", 
após a função "TROCA" este estado passa para o valor "0". 
Para indicar esta função a tabela verdade mostra a letra Q 
com uma barra indicando que o valor está invertido além do 
sobrescrito para indicar que o valor do estado anterior é que 
foi invertido 
 A nova saída "Q" barrada é simplesmente um espelho 
(imagem invertida) da saída "Q" normal, apresentando o 
inverso do valor da saída Q. Outra forma de representar esta 
saída é colocando a bolinha de inversão em uma das saídas. 
O flip-flop J-K aprimora o funcionamento do flip-flop RS 
interpretando a condição S = R = 1 como um comando de 
inversão. 
Especificamente, a combinação J = 1, K = 0 é um comando 
para ativar (set) a saída do flip-flop. A combinação J = 0, K = 
1 é um comando para desativar (reset) a saída do flip-flop; e a 
combinação J = K = 1 é um comando para inverter o flip-flop, 
trocando o sinal de saída pelo seu complemento. Fazendo J = 
K o flip-flop J-K se torna um flip-flop T. 
Onde: 
> é a entrada de clock 
J e K são as entradas de dados 
Q representa o sinal de saída do flip-flop. 
Q/ representa o complemento do sinal de saída do flip-flop. 
Q* é o próximo estado do Q 
 
TABELA I 
TABELA VERDADE DO FLIP FLOP JK 
J K Q Q* 
0 X 0 0 
1 X 0 1 
X 1 1 0 
X 0 1 1 
 
 
Figura 1: Estrutura de Um Flip-Flop JK 
 
A ENTRADA DE "CLOCK" 
Os circuitos de flip-flop apresentam uma entrada especial 
muito importante chamada de "clock". 
A entrada de "clock" serve para sincronizar o momento com 
que a saída "Q" troca de estado. Em muitas aplicações o valor 
da alteração das entradas pode ocorrer em tempos diferentes 
podendo acarretar que a saída assuma um estado indesejável 
antes das duas entradas estarem com os estados bem definidos. 
O "clock" serve como um filtro de forma que o flip-flop não 
"enxerga" as entradas enquanto o "clock" não estiver ativo. 
A entrada de "clock" sente dois estados: 
* O estado ativo. 
* O estado inativo. 
Durante o estado ativo a saída será atualizada conforme 
descrito na tabela verdade do flip-flop. Durante o estado de 
inativo o flip-flop irá executar a função de memorizar o último 
estado da saída durante o período ativo. 
A entrada de "clock" é normalmente ligada a um gerador de 
pulsos (onda quadrada), este tipo de sinal é chamado de sinal 
de clock. A entrada de clock do flip flop também possui um 
valor ativo, como as outras entradas. Quanto mais curto for o 
tempo de nível ativo da entrada de clock melhor será o filtro e 
menos chance de estados indesejáveis ocorrerem. 
O sinal de clock gerado pelo gerador de pulso deve ser o 
mais estreito possível, isto é tão importante que os circuitos 
são construídos de forma a serem ativos somente a variação do 
sinal de clock, isto é, a uma fração muito curta de tempo. 
Um sinal de onda quadrada apresenta dois pontos de 
variação: 
 * Na transição do nível baixo para o nível alto, este tipo de 
transição é chamado de transição na subida do sinal de “clock”. 
* Na transição do nível alto pra o nível baixo, este tipo de 
transição é chamado de transição na descida do sinal de 
“clock”. 
 
CIRCUITOS COMBINACIONAIS 
 
Os circuitos digitais de um modo geral podem ser divididos 
em duas categorias principais: 
• Circuitos Combinacionais (ou Combinatórios) 
• Circuitos Sequenciais 
Circuitos Combinacionais são aqueles em que o sinal de 
saída depende única e exclusivamente das combinações dos 
sinais de entrada. Os circuitos deste tipo não possuem nenhum 
tipo de memória, ou seja, as saídas não dependem de nenhum 
estado anterior do circuito. Os circuitos combinacionais são 
compostos somente por portas lógicas. 
Outra categoria de circuitos digitais são os que possuem 
realimentação, ou seja, o sinal de saída depende não somente 
dos valores atuais dos sinais de entrada, mas também dos 
valores de estados anteriores do circuito. Estes circuitos são 
denominados circuitos sequenciais. Os circuitos sequenciais 
possuem, além de portas lógicas, algum tipo de dispositivo de 
memória. 
 
II. DESENVOLVIMENTO INICIAL DO RELÓGIO DIGITAL 
 
O projeto consiste no desenvolvimento empírico de um 
relógio digital utilizando contadores, porém a fim de se obter 
um entendimento mais minucioso do funcionamento de um 
contador serão utilizados flip flops JK. 
O projeto requer 6 contadores(um para cada display do 
relógio) e um gerador de frequência. Os contadores serão 
montados a partir de flip flops JK e chips de circuitos 
combinacionais. 
 
 
 
 
Figura 2: Diagrama de Blocos do Relógio Digital 
 
Para projetar o relógio serão usados contadores síncronos: 
para horas, minutos e segundos. Logo serão projetados 
circuitos combinacionais responsáveis pela contagem, como 
se pretende obter as saídas mais simples para tornar-se viável 
a criação física do projeto o método de Karnaugh será utilizado 
para aperfeiçoar o resultado final que será demonstrado em 
laboratório. 
As tabelas verdades que se seguem são separados nos 
contadores de horas, minutos e segundos. 
Para a contagem das horas será utilizado dois contadores, 
um contador de 0 a 9 e outro de 0 a 2, e um circuito 
combinacional de controle para resetar a contagem nos 23. 
Esse circuito funciona quando a contagem está na transição 
para o número 24, o circuito terá saída igual a 1, com lógica 
AND e 0 com lógica NAND, dependendo do tipo de Flip-Flop 
JK sendo ele com clear invertido ou não. 
Para a contagem dos minutos será utilizado dois contadores, 
sendo eles o da unidade que percorre de 0 a 9, e o da dezena 
que contam de 0 a 5, a contagem dos segundos será feita do 
mesmo modo. 
 
CONTADOR DE HORAS 
 
TABELA II 
TABELA VERDADEDO CONTADOR DAS UNIDADES DE HORAS 
Contador 0 a 9 (Unidades) 
Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0 
0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X 
0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1 
0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X 
0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 1 
0 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X 
0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 1 
0 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X 
0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 1 
1 0 0 0 X 0 X X 0 X 1 X 
1 0 0 1 X 1 0 X 0 X X 1 
1 0 1 0 X X X X X X X X 
1 0 1 1 X X X X X X X X 
1 1 0 0 X X X X X X X X 
1 1 0 1 X X X X X X X X 
1 1 1 0 X X X X X X X X 
1 1 1 1 X X X X X X X X 
 
 
 
TABELA III 
TABELA VERDADE DO CONTADOR DAS DEZENAS DE HORAS 
Contador de 0 a 2 (dezenas) 
Q1 Q0 J1 K1 J0 K0 
0 0 0 X 1 X 
0 1 1 X X 1 
1 0 X 1 1 X 
1 1 X X X X 
 
CONTADOR DE MINUTOS 
 
TABELA IV 
TABELA VERDADE DO CONTADOR DAS UNIDADES DE MINUTOS 
Contador 0 a 9 (Unidades) 
Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0 
0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X 
0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1 
0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X 
0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 1 
0 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X 
0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 1 
0 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X 
0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 1 
1 0 0 0 X 0 X X 0 X 1 X 
1 0 0 1 X 1 0 X 0 X X 1 
1 0 1 0 X X X X X X X X 
1 0 1 1 X X X X X X X X 
1 1 0 0 X X X X X X X X 
1 1 0 1 X X X X X X X X 
1 1 1 0 X X X X X X X X 
1 1 1 1 X X X X X X X X 
 
TABELA V 
TABELA VERDADE DO CONTADOR DAS DEZENAS DE MINUTOS 
Contador 0 a 5 (Dezenas) 
Q6 Q5 Q4 J6 K6 J5 K5 J4 K4 
0 0 0 0 X 0 X 1 X 
0 0 1 0 X 1 X X 1 
0 1 0 0 X X 0 1 X 
0 1 1 1 X X 1 X 1 
1 0 0 X 0 0 X 1 X 
1 0 1 X 1 0 X X 1 
1 1 0 X X X X X X 
1 1 1 X X X X X X 
 
CONTADOR DE SEGUNDOS 
As tabelas verdades dos contadores de dezenas e unidades de 
segundos são iguais as de minutos. 
 
III. LISTA DE MATERIAIS 
 
6 Circuitos Integrados 4027 contendo dois flip flops cada 
6 Decodificadores 4511 BCD-7 Segmentos 
2 Circuitos Integrados 7408 contendo quatro portas AND 
cada 
1 Circuito Integrado 4071 contendo quatro portas OR cada 
6 Displays de 7 segmentos 
1 Circuito Integrado 555 gerador de clock 
1 Fonte para protoboard 
1 Protoboard 2560 furos 
42 resistores de 330 Ω 
1 resistor de 1 KΩ 
1 resistor de 68 KΩ 
1 capacitor de 10 µF 
1 capacitor de 0,1 µF 
 
IV.MONTAGEM 
 
Com os rascunhos do projeto e os componentes requisitados 
foi elaborada a montagem do circuito seguindo os datasheets 
componentes, elaborando-se um circuito gerador de clock que 
foi ligado ao primeiro C.I. de flip flops para gerar a contagem 
dos segundos e assim contar os minutos e as horas com o 
sistema de reset para que cada dígito conte corretamente as 
saídas dos contadores elaborados com os flip flops jk foram 
ligadas aos decodificadores e para as portas AND e OR a fim 
de garantir a interligação da contagem do tempo. 
Respectivamente as portas dos decodificadores foram ligadas 
as dos Displays de 7 segmentos juntos a um resistor para cada 
pino do display. 
Como foi orientado o circuito foi montado em uma 
protoboard. 
 
 
 
V. OBSERVAÇÕES FINAIS 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
[1] CAPUANO, Francisco G.; IDOETA, Ivan Valeije. Elementos de 
Eletrônica Digital. 40ª ed. São Paulo: Érica. 544 p. 
[2] TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S.; MOSS, Gregory L..Sistemas 
Digitais: Princípios e Aplicações. 10ª ed. São Paulo: Pearson, 2007. 830 
p. 
[3] David E. Johnson; John L. Hilburn; Johnny R.Johnson “ Fundamentos de 
Análises de Circuitos Elétricos”, 4ª Edição, Ed. LTC. 
[4] http://www.corradi.junior.nom.br/rev_flip_flop.pdf - Titulo: conceitos 
básicos flip-flop. Acesso em 07/04/16. 
[5] http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_flip_flop - Título: Flip 
flop, introdução a circuito sequencial. Acesso em 07/04/16 
[6] 
http://www.cricte2004.eletrica.ufpr.br/pastro/P%E1gina_Pastro/Notas_de_Aula
_04_Aluno.pdf - Título: eletrônica digital I - circuitos combinacionais. 
Acesso em 07/04/16. Autor: Ademar Luiz Pastro - UFPR-Departamento de 
Engenharia Elétrica