aula 8 a 9 Circuitos Lógicos

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Contadores Síncronos 
Contadores Síncronos 
Contadores Síncronos 
 CIRCUITOS 
LÓGICOS
 
Prof. Edson Martins
 
 
edson.martins2@anhanguera.com
 
V 1.5 
– Plano de Ensino e Aprendizagem 
- Bibliografia Indicada 
– Plano de Ensino e Aprendizagem 
B1
 
B2
 
Circuitos Lógicos 		Sistemas Digitais I 		Sistemas Digitais II 
Microproc. e Microcontroladores 
PEA 
PEA 
PEA : Sistema de Avaliação 
 
	
	DATAS IMPORTANTES: B-1: Lab. 1: 	19/mar 	(1,0) 	Atps 1: 	02/abr 	(1,0) 
 	Avaliação 1: 	 9/abr 	(8,0) 
 
B-2: Lab. 2: 	30/abr 	(0,5) 
 	Lab. 3: 	29/mai 	(0,5) 
 	Sem/Atps 2: 	11/jun 	(1,0) 
 	Avaliação 2: 18/jun 	(8,0) 
 	Sub: 	25/jun (10,0) 
Obs: entregua de relatório 1 semana depois do Lab. 
	
	Média final = B1*0,4 + B2*0,6 
≥ 6,0 
• Notas serão decimais sem arredondamento 
------------------- 
Nas Avaliações não será permitido uso de: 
Celular / Calculadora* 
Folha de Rascunho 
Material de Consulta 
 
Calendário 2015-1 
Semana de Provas
 
Lançamento Notas B1
 
Feriados
 
Circuitos Lógicos 
Flip-Flops e 
Memórias 
Flip-Flops e Memórias 
Circuitos lógicos estudados até agora são considerados circuitos combinacionais, onde as saídas dependem das entradas atuais, sem qualquer armazenamento de dados. Um outro grupo possui características de armazenamento, circuitos sequenciais, definindo assim dois grupos básicos de sistemas digitais. 
 
O FLIP-FLOP é o elemento mais importante de memória (armazenamento) dos circuitos sequenciais. 
 
Dependem da “história” das entradas passadas. 
Memória: 
 
Componente essencial de todo computador 
 
Sem memória, não existiriam computadores da forma que conhecemos 
 
Armazena tanto dados quanto instruções 
 
Memórias podem ser construídas a partir de portas NOR e NAND. 
Latches (“Flip flops”): Diferença IMPORTANTE 
 
Diferentemente de um circuito combinatório para o sequencial, as saídas do latch não são determindas unicamente pelas suas entradas !!!! 
 
O circuito leva em conta uma entrada ANTERIOR e “LEMBRA” desta entrada. 
 
Registradores: 
São formados por vários flip-flops: 
 
registradores de 8 bits são formados por 8 flip flops (1 FF = 1 bit) ● 16 bits -> 16 flip-flops ● 32 bits -> 32 flip-flops 
n bits -> n flip-flops 
• RAM – Random Access Memory – Memória de Acesso Aleatório 
 
Existem basicamente dois tipos de memória em uso: SDR e DDR. 
 
As SDR são o tipo tradicional, onde o controlador de memória realiza apenas uma leitura por ciclo 
 
As DDR são mais rápidas, pois fazem duas leituras por ciclo. O desempenho não chega a dobrar, pois o acesso inicial continua demorando o mesmo tempo, mas melhora bastante. 
 
Os pentes de memória SDR são usados em micros antigos: Pentium II e Pentium III e os primeiros Athlons e Durons soquete A. 
 
Por não serem mais fabricados, eles são atualmente muito mais raros e caros que os DDR, algo semelhante ao que aconteceu com os antigos pentes de 72 vias, usados na época do Pentium 1.[1] 
A capacidade de uma memória é medida em Bytes 
-	kilobytes (1 KB = 1024 ou 210 Bytes), -	megabytes (1 MB = 1024 KB ou 220 Bytes) -	gigabytes (1GB = 1024 MB ou 230 Bytes). 
 
A velocidade de funcionamento de uma memória é medida em Hz ou MHz (quantidade de blocos de dados que podem ser transferidos durante um segundo). 
 
A colocação das memórias em paralelo (propriedade da arquitetura de certos sistemas) permite multiplicar a velocidade aparente da memória. 
• ROM (Read-Only Memory) 
 
Permite apenas operações de leitura 
Não são voláteis (mantem dados mesmo sem alimentação de energia elétrica) – Dados geralmente são gravados no processo de fabricação da ROM (material foto-sensível) 
 
ROM: PROM (Programable ROM) – Programável/gravável apenas uma vez – utiliza “alta voltagem” para gravar 
 
ROM: EPROM (Erasable PROM) – Similar a PROM – “Fotonicamente” apagável com luz ultravioleta (10 a 20 minutos de exposição) 
 
ROM: EEPROM (Electronic EPROM) – Eletronicamente apagável 
memoria flash, acessada como um dispositivo de bloco (PENDRIVE!!!) 
Leitura e escrita como um procedimento “padrão” 
Memórias
 
Memórias
 
Memórias
 
Símbolo do Flip-flop e seus estados de saída: 
	 	Circuito Inicial 	Símbolos 
 
 
Flip-flops também são conhecidos por Latch e Multivibrador Biestável 
Flip-flop ou Latch com portas NAND: 
 
 
Existem dois estados de repouso possíveis quando as entradas SET=CLEAR= 1 
Pulsando entrada SET para “0”, teremos duas situações iniciais nas saída antes deste pulso inicial, Q=0 e Q=1: 
 
 
 
Nos dois casos a saída Q termina em “ALTO” 
Pulsando entrada CLEAR para “0”, teremos duas situações iniciais nas saída antes deste pulso inicial, Q=0 e Q=1: 
 
 
Nos dois casos a saída Q termina em “BAIXO”. 
Verificando a tabela verdade: 
 
 
A situação de se ter as entradas SET=CLEAR= “0” força as saídas Q e 
Q’ para “1” podendo gerar resultados imprevisíveis, deve ser EVITADA. 
Temos uma representação alternativa com Latchs de portas OR: 
Obs: lembrando que uma NAND (AB)’ = (A’ + B’) 
 
 
Pulsando entrada SET ou CLEAR para “0”, teremos duas situações na saída de Q=1 ou Q=0 respectivamente. 
Temos uma representação alternativa com Latchs de portas OR: 
Obs: lembrando que uma NAND (AB)’ = (A’ + B’) 
 
 
Pulsando entrada CLEAR para “0”, teremos duas situações iniciais nas saída antes deste pulso inicial, Q=0 e Q=1 
Flip
-
Flops
 
Flip
-
Flops
 
Flip
-
Flops
 
Solução para obter sinal definido de uma chave mecânica, que normalmente gera trepidação de sinal ao ser ligada: 
 
 
 
 
 
Solução para obter circuito disparo de um alarme a partir de um transistor foto-sensor: 
Circuito selecionador, dependendo de uma chave simples de entrada para selecionar sinal de clock alternado nas saídas: 
Representações utilizadas com Latchs de portas NAND: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os Flip-flops com CLOCK podem ser ativos na borda de subida ou na de descida: 
 
Clock gerado por CI 555 
Um sinal de clock oscila entre os estados alto e baixo, normalmente usando um duty cycle de 50%, e gerando uma onda quadrada. 
 
Circuitos que usam o sinal de clock para sincronização podem se tornar ativos no ápice, na queda ou em ambos os momentos do sinal de clock (por exemplo, uma DDR SDRAM). 
	 	
Obs: porgramação do CI555 – Tocci – pág. 201 e 202 
Os Flip-flop RS com entrada CLOCK, representação portas NAND: 
 
 
 
 
 
 
Exercício 
 
 
 
 
 
Os Flip-flop RS com entrada CLOCK, representação portas NAND: 
Flip-flop JK: É um flip flop RS alimentado da maneira abaixo. 
 Obs
:
 
Quando clock vai para “0”, o sinal de saída Q e Q’ permanece anterior (Qa) 
Sinal comutado: sempre que clock “subir”, com J e K em “1”, Q comuta, ou seja, muda seu estado atual (ou podemos dizer que Q passa a ter estado de Q´) 
 
Flip
-
Flops com Clock
 
Flip
-
Flops com Clock
 
Flip-flops com entradas de sobreposição (assíncronas), que colocam os FF´s com saídas definidas em “1” ou “0” independente das entradas: 
 Ativo em 
 
nível Baixo
 
 
Normalmente são usados sinais para SETar ou RESETar o FF momentaneamente como por exemplo, dar Reset em uma contagem forçando novo início (Start). 
 
Flip-flop JK: Exemplo de aplicação 
 
Contador assíncrono crescente de 2 bits 
Coloca-se “1” nas entradas J e K para garantir sinal comutado na saída Q 
 
	Clock de subida 	Clock de descida 
 
 
	 	
Flip-flop JK: Exemplo de aplicação – contador de Década crescente. 
Reset através de uma 
porta NAND com Q3 e Q1
 
Flip-flop D: o Flip-Flop tipo D é um flip-flop JK com as entradas J e K complementares, muito utilizado como Registradores. 
 
 
 
 
 
Obs: no caso de um FF tipo “T” teremos entradas J igual a K (curtocircuitadas) 
Flip
-
Flops com ClockFlip
-
Flops com Clock
 
Flip
-
Flops com Clock
 
Circuitos Lógicos 
Contadores Síncronos e Assíncronos 
Contadores 
Os Contadores podem ser divididos em: 
 
Contadores Assíncronos: 
Os Flip-Flops não mudam de estado com o mesmo sincronismo 
O CLK é colocado apenas no primeiro FF (LSB) 
Há um atraso entre as mudanças de estado de cada FF 
O atraso é propagado de acordo com o número de FF conectados 
 (cascata). 
 	 
Contadores Síncronos: 
Os Flip-Flops mudam de estado com o mesmo sincronismo 
O mesmo CLK é ligado em todos os FFs 
Há um atraso entre as mudanças de estado de cada FF 
O atraso não é propagado de acordo com o número de FF. 
Contador Assíncrono Crescente de 4 bits 
	 	
Módulo = 2N (nº de estados), para N FFs, pode-se dividir a fCK por até 2N  fN = fCK/2N 
O circuito corresponde a um contador binário de 4 bits (com Q3 = MSB e Q0 = LSB) 
Módulo = 16 → f(Q3) = fCK/ módulo 
Também corresponde a um divisor de freqüências: f(Q0) = fCK / 2; f(Q1) = fQo / 2 = fCK / 4 ; f(Q2) = fQ1 / 2 = fCK / 8; f(Q3) = fQ2 / 2 = fCK / 16 
Contadores Assíncronos 
Contadores Assíncronos de Módulo ≤ 2N (posições) 
 O CLEAR Assíncono do FF é usado para reiniciar a contagem. 
 
Para contar até X: 
 	Passo 1: definir o menor número de FFs necessários (2N ≥ X) 
 	Passo 2: montar FFs com entradas (J,K,Preset) em nível “1” e clocks assíncronos 
 	Passo 3: determine quais os FFs que estão em nível alto na contagem X e 	conectar suas saídas “Q” na porta NAND 
 	Passo 4: conectar a saída de uma porta NAND a todos os CLEARs dos FFs 
 	 
Ex.: Contador Assíncrono de Módulo 10 
Número mínimo de FF´ s: 4 FFs 4 bits 24= 16 posições máxs. 
Definir porta NAND (posição 11): 10 10= AH= 10102 
Frequência de saída: f= clk/16 
Ex.: Contador Assíncrono de Módulo 6 (posições) 
Número mínimo de FF´s: 3 FFs 3 bits 23= 8 posições máximas 
Definir porta NAND (posição 7): 610= 1102 
Frequência de saída: f1= clk/8 
Ex.: Contador Assíncrono de Módulo 14 
Número mínimo de FF´s: 4 FFs 4 bits 24=16 posições máxs. 
Definir porta NAND (posição 15): 1410= EH= 11102 
Frequência saída: f1= clk/16 
Ex.: Contador Assíncrono de Módulo 60 
	 	26 = 64 (6 FFs) 
6010 = 1111002 
Diagrama de Blocos - Relógio Digital 
CI 74LS293: Contador Assíncrono de 4 bits (módulo 16) 
 
Contadores Assíncronos 
Contadores Assíncronos 
Contadores Assíncronos 
Contadores Síncronos 
• Diagrama de Blocos - Frequencímetro 
• Contador Decrescente de Módulo 8 
Atraso de Propagação: Contadores Assíncronos 
Atraso de Propagação: Contadores Assíncronos 
Condição para o funcionamento correto do contador assíncrono: 
 
f = freqüência máxima do sinal de CLK ta = tempo de atraso dos FFs JK n = número de FF JK utilizados no contador 
Contadores Assíncronos 
Contadores Assíncronos 
Possuem entradas clock curto-circuitadas: 
 O clock entra simultaneamente em todos os FF, fazendo todos atuarem de forma sincronizada. 
 
 
Ver análise de cada etapa até a finalização do circuito combinacional. 
Outros tipos de Contadores Síncronos: 
Contador de Décadas (0 a 9) 
Contador em Anel 
Sequencia Qualquer 
 
Contadores Utilizados em Circuitos Temporizadores: 
Contando de 0 a 59 
Contando de 1 a 12 
 
Contador em ANEL de 4 bits: 
O Start do circuito tem que garantir apenas um nível “1” no ciclo inicial (1000), ou seja, gerar “0” no PRESET’ do último FF (Q3=1) e “0” no CLEAR’ dos demais FFs (Q2=Q1=Q0=0).