Trabalho sobre Flip Flop

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FACULDADE ESTÁCIO DE CURITIBA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
GRADUAÇÃO
	TIAGO RODRIGUES EVANGELISTA
	FLIP FLOP
	
	CURITIBA
2017
	TIAGO RODRIGUES EVANGELISTA
	
	FLIP FLOP
	Relatório Técnico apresentado como requisito parcial da disciplina Circuitos Sequênciais do Curso de Graduação de Engenharia Elétrica da Faculdade Estácio de Curitiba.
Orientador: Prof. Me. Fabrízio Nicolai Mancini
	CURITIBA
2017
agradecimento
resumo
O trabalho apresentando visa mostrar os tipos de Flipflops existentes (SR, JK, D e T), apresentando cada tabela-verdade, bem como explicando o funcionamento do Clear e Preset, e sua relação com o clock.
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	6
2	DESENVOLVIMENTO	6
1.1.	Objetivo Geral	7
2.1.1	Objetivo Específico	7
2.2	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	8
2.2.1	Circuito Básico de Memória	8
2.2.2	Circuito do Flip-Flop	8
2.2.3	Funcionamento do circuito Flip-Flop	9
2.3	Flip-Flop RS	10
2.4	Flip-Flop JK	11
2.5	Flip-Flop Tipo D	12
2.6	O Flip-Flop tipo T	13
2.7	Flip-Flops com clock	14
REFERÊNCIAS	16
FORMULÁRIO DE IDENTIFICAÇÃO	17
INTRODUÇÃO
Um circuito seqüencial difere de um circuito combinacional. No circuito combinacional a saída é função somente do estado das variáveis de entrada, e uma variação no estado de uma entrada acarreta uma resposta imediata na variável de saída. Já em um circuito combinacional a saída é função do estado das variáveis de entrada e do estado da variável de saída. Este tipo de circuito depende da seqüência dos estados das variáveis. Para que a saída seja função da seqüência, o circuito eletrônico digital deve ter a propriedade de memorizar o estado anterior, este circuito é chamado de memória digital. Assim o principal circuito de uma máquina digital seqüencial é o circuito de memória. Existem vária formas de implementar um circuito de memória, neste trabalho as memórias analisadas serão aquelas construídas com porta lógica na configuração chamada bi-estável, pois a saída só pode assumir um de dois estados, ou está ligada ou está desligada. O circuito discreto que tem a função de memória em circuitos digitais é chamado de Flip-Flop e será o alvo principal do nosso estudo. Existem basicamente quatro tipos de Flip-flop, todos eles originados do circuito bi-estável. O circuito bi-estável possui uma característica que até aqui não havia sido estudado em circuito digital combinacional; a realimentação. Nos circuitos realimentados parte do sinal de saída volta a ser aplicado a entrada, desta forma, mesmo após a entrada ter sido retirada o circuito mantém um estado lógico bem definido esta função é chamado de memorizar. Muitos circuitos práticos podem ser obtidos com o Flip-Flop os mais comuns são os contadores e registrados de deslocamento bastante usados em controle de máquinas.
DESENVOLVIMENTO
Em eletrônica e circuitos digitais, o flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. Um flip-flop tipicamente inclui zero, um ou dois sinais de entrada, um sinal de clock, e um sinal de saída, apesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento do sinal de saída. Alguns flip-flops também incluem um sinal da entrada clear, que limpa a saída atual. Como os flip-flops são implementados na forma de circuitos integrados, eles também necessitam de conexões de alimentação. A pulsação ou mudança no sinal do clock faz com que o flip-flop mude ou retenha seu sinal de saída, baseado nos valores dos sinais de entrada e na equação característica do flip-flop. De forma geral podemos representar o flip-flop como um bloco onde temos 2 saídas: Q e Q', entrada para as variáveis e uma entrada de controle (Clock). A saída Q será a principal do bloco. Este dispositivo possui basicamente dois estados de saída. Para o flip-flop assumir um destes estados é necessário que haja uma combinação das variáveis e do pulso de controle (Clock). Após este pulso, o flip-flop permanecerá neste estado até a chegada de um novo pulso de clock e, então, de acordo com as variáveis de entrada, mudará ou não de estado. Quatro tipos de flip-flops possuem 8 aplicações comuns em sistemas de clock não-sequencial: flip-flop T ("toggle"), flip-flop S-R ("set-reset"), flip-flop J-K e o flip-flop D ("data").O comportamento de um flip-flop é descrito por sua equação característica, que prevê a "próxima" (após o próximo pulso de clock) saída, {\displaystyle Q_{next}}em termos dos sinais de entrada e/ou da saída atual. {\displaystyle Q}
Objetivo Geral
Demonstrar o conceito e a funcionalidade dos flip flops.
Objetivo Específico
Conceitualizar os flip – flops tipos SR, JK, D e T;
Explicar funcionamento do Clear e Preset e sua relaçao com o clock.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Circuito Básico de Memória
O circuito básico de memória digital é mostrado no diagrama abaixo, onde a saída é realimentada através da porta inversora CI2. Neste circuito quando a entrada estiver no nível lógico zero, devido ao acionamento da chave ligada ao terra, a saída assume o valor um, e, este valor retorna a ser aplicado a entrada como nível zero devido a inversora, assim após este ciclo a entrada recebe o sinal zero de dois caminhos; da chave e da saída da inversora, neste ponto se a chave for desligada, a saída mantém o valor um por todo o tempo em que o circuito estiver ligado, para que a saída troque de valor o circuito deve ser desligado. Este é um tipo de memória chamada volátil, pois, perde a informação quando a energia é desligada, a RAM dos computadores são memórias voláteis. Este circuito memoriza que a chave foi ligada em algum tempo passado. Este circuito não é prático, pois, memoriza somente uma vez que a chave foi acionada.
Figura 1
Circuito do Flip-Flop
Um circuito de memória prático usando uma configuração chamada de biestável é mostrado na figura abaixo. Este tipo de circuito também é conhecido como flip-flop. O flip-flop é construído usando duas portas NAND ou duas portas NOR.
Figura 2
Funcionamento do circuito Flip-Flop
Em circuitos digitais da família TTL é mais comum o bi-estável feito com portas NAND, como mostrado na figura do capítulo anterior. Você deve assumir nesta análise a porta utilizada é do tipo TTL que entende a entrada desconectada como nível lógico "1". Neste circuito quando a chave S for ligada um sinal de nível zero é aplicado a porta CI1, obrigando a saída Q a assumir o valor "1" devido a função NAND e o LED acende. Para efeitos didáticos vamos dizer que esta função é chamada de “SET”, ou ligado em português (alguns dizem “setado”). Note que a letra "Q" é usada para indicar uma saída de um circuito de Flip-Flop. Figura 3 mostrando a função de SET do flip-flop! Quando a chave S é acionada a uma seqüência de eventos ocorrem através do CI1 e do CI2. Esta seqüência de eventos é detalhada a seguir. Quando a chave S acionada a entrada superior do CI1 vai para o nível lógico "0", o que obriga a saída do CI1 a ir para o estado 1 devido a função NAND da porta conforme você já conhece dos circuitos combinacionais. Esta ação é chamada de SET da saída do flip-flop, alguns dizem de "SETAR" a saída! Uma vez que a saída do CI1 é ligada este sinal é realimentado para a entrada superior do CI2. A realimentação não havia sido usada nos circuito combinacionais, isto é a novidade dos circuitos seqüenciais!
Figura 3
Flip-Flop RS
O circuito analisado é chamado de flip-flop RS que é base para construção das memórias eletrônicas e para a construção dos outros tipos de flip-flop. As letras "RS" significa ligar e desligar.
Figura 4
A tabela verdade deste circuito é mostrado abaixo, como a saída altera quando as chaves "S" e "R" conduzem o nível lógico "0" para uma das entradas do flip-flop, ele é classificado como flip-flop RS ativo com "0". A tabela verdade deste tipo de flip-flop é mostrada abaixo. Observe que no caso de R=0 e S=1 a saída mantém o estado Q anterior, esta função é chamada de "MEMO" (memorizar) e é indicada na tabela verdade mostrando a letra Q com o sobrescritomenos um, este menos indica que a saída mentem o estado anterior (o atual menos um). Tabela verdade do Flip-Flop RS ativo com "0".
Figura 5
 O flip-flop RS executa três funções: SET RESET MEMORIZAR. Observe que a condição de ligar as duas chaves ao mesmo tempo não é especificada isto porque não é definida uma função de ligar e desligar ao mesmo tempo o flip-flop, por isto este estado das entradas não é definido. Na prática a saída vai assumir um estado lógico, mas este estado vai depender de cada circuito integrado, para saber o estado da saída quando alguém tentar ligar e desligar ao mesmo tempo você deverá consultar o manual do fabricante da porta, normalmente a saída do flip-flop fica desligada quando alguém tenta ligar e desligar ao mesmo tempo o flip-flop.
Flip-Flop JK
Além do flip-flop RS existem outros tipos de flip-flop usados em circuitos digitais, você verá neste e nos próximos capítulos os outros tipos de flip-flop. 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. O símbolo de um Flip-Flop JK é mostrado na figura abaixo.
Figura 6
Você deve ter observado a nova saída "Q" barrada, a maioria dos CI's possui esta saída, mas nem todos, ela 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 d inversão em uma das saídas como mostra a figura acima á direita. A tabela abaixo mostra a tabela verdade de um flip-flop JK com a nova função "TROCA"! Tabela verdade do Flip-Flop JK ativo com "1":
Figura 7
Flip Flop Jk com Clock
Figura 8
Flip-Flop Tipo D
O Flip-Flop tipo “D” de Dado Digital é o segundo tipo de Flip-Flop mais importante, aquele tem maior aplicação é o tipo de Flip-Flop JK pois executa todas as funções, já o Flip-Flop tipo D executa somente duas funções: SET e RESET a tabela verdade deste Flip-Flop é mostrado abaixo
Figura 9
O símbolo deste Flip-Flop é mostrado na figura abaixo
Figura 10
Flip Flop tipo D com Clock
Figura 11
O Flip-Flop tipo T
O flip-flop tipo só executa duas funções, Memorizar e Trocar, como a principal função é a de Troca por isto é chamado de flip-flop tipo T (de Troca). Este flip-flop até é definido como um flip-flop independente, mas, na maioria das vezes é encontrado sendo implementado por um flip-flop tipo D ou por flip-flop JK. Você verá no primeiro momento como um flip-flop independente e logo a seguir você verá como implementar a função de troca (que é principal do flip-flop tipo T) usando outros flip-flops. A tabela verdade do flip-flop tipo T é mostrada abaixo, quando a entrada for um o flipflop fica trocando a saída a cada pulso de clock, quando a entrada for zero a saída fica memorizada. Tabela Verdade do flip-flop tipo T.
Figura 12
Símbolo do flip-flop tipo T: 
Figura 13
Flip Flop tipo D com Clock
Figura 14
Flip-Flops com clock
Circuitos que utilizam clock são chamados de circuitos síncronos. Muitos flip-flops utilizam um sinal de clock para determinar o momento em que suas saídas mudarão de estado. O sinal de clock é comum para todas as partes do circuito. Normalmente, o sinal de clock é uma onda quadrada. Quando o circuito do Flip-Flop utiliza diretamente o nível alto ou baixo para determinar a mudança das saídas, denominamos este circuito de LATCH, e o sinal de disparo é denominado de ENABLE. Nos Flip-Flops a saída pode mudar de estado durante uma transição positiva (nível 0 para nível 1) ou transição negativa (nível 1 para nível 0). A representa- ção gráfica do tipo de clock é mostrada abaixo.
Figura 15
Simbologia de flip-flops com clock na transição de subida e descida O detector de transição é um circuito que habilitará, por alguns instantes, as entradas, durante a transição de CLOCK. O circuito típico de um detector de transição é mostrado na figura abaixo.
Figura 16
Circuitos detectores de transição positiva e negativa Os tempos dos pulsos de CLK* correspondem aos tempos de atraso da porta INVERSORA, em torno de 5 ns.
REFERÊNCIAS
https://pt.wikipedia.org/wiki/Flip-flop.> acesso em 02/10/2017 as 11:05hs.
http://www.ufjf.br/daniel_silveira/files/2011/06/aula_7.pdf.> acesso em 02/10/2017 as 08:25hs.
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/3150/1/CT_COMET_2014_1_02.pdf.> Acesso em 02/10/2017 as 9:32.
http://www.estgv.ipv.pt/paginaspessoais/ffrancisco/sd0506/09cs2.pdf.> acesso em 02/10/2017 as 11:18hs.
www.sj.ifsc.edu.br/~odilson/ELD/Apostila%20-%20FlipFlop%20v3.pdf.> acesso em 06/10/2017 as 13:33hs.
FORMULÁRIO DE IDENTIFICAÇÃO
Tabela 2 - Formulário de Identificação
Fonte: ABNT (2017)