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Sabe-se que contadores são circuitos pertencentes ao grupo dos sistemas lógicos sequenciais. Os contadores podem, ainda, ser classificados como contadores assíncronos e síncronos. Especificamente sobre os contadores assíncronos, podemos mencionar que eles são formados por flip-flops, tipo “JK” ou tipo “T” cascateados, ou seja, o sinal de clock de um flip-flop é obtido a partir da saída “Q” do flip-flop vizinho, motivo esse de sua denominação “assíncrono”. Por fim, sabe-se que um contador assíncrono pode realizar contagens lineares, ou seja, os termos contados devem ser subsequentes (de forma crescente ou decrescente). Imagine que há a necessidade de exibir apenas os valores pares de uma contagem crescente. Nesse caso, suponha que o início da contagem é garantido o valor “0”. Agora, analise as alternativas a seguir. I. A contagem de dois em dois (apenas os números pares) pode ser obtida introduzindo-se um flip-flop a mais no contador em relação à quantidade mínima necessária. Esse flip-flop adicional seria um bit inferior ao bit menos significativo da contagem. Exibe-se no display todos os flip-flops, exceto o flip-flop adicional. II. Pode-se coletar o sinal do clock de um componente divisor de frequência, em que a frequência seria dividida por 2. Esse divisor de frequência pode ser construído com um flip-flop tipo “JK” ou tipo “T”. III. Para exibir apenas valores pares, basta deixar o display do bit menos significativo congelado no valor lógico “0”. A contagem nos demais bits ficaria normal. IV. Caso o display do bit menos significativo seja congelado no valor lógico “0”, fazendo a contagem apenas dos demais bits, deve-se limitar a contagem. Por exemplo, caso estejamos utilizando 3 flip-flops, a contagem deverá ser reiniciada no valor 5. O último valor válido seria “100” (valor 4 em decimal), pois acrescentando-se o display em 0, ficaria “1000” (valor 8 em decimal). Agora, assinale a alternativa que traz apenas a(s) afirmativa(s) correta(s). Resposta Selecionada: III e IV. Resposta Correta: III e IV. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! As contagens apresentadas nas duas primeiras afirmativas são praticamente iguais. Ambas introduzem um flip-flop a mais, fazendo a função de divisão de frequência por 2. Assim, a contagem continua sendo realizada, passando por todos os valores (inclusive os ímpares), porém a frequência de contagem é a metade em relação à frequência externa introduzida ao circuito. Contadores binários são circuitos capazes de oferecer, em sua saída, uma sequência numérica. Essa contagem pode ser linear (números subsequentes: crescentes ou decrescentes) caso o contador a ser implementado seja assíncrono ou síncrono ou, ainda, pode ser não linear, caso seja implementado um contador síncrono. Uma das aplicações mais naturais dos contadores consiste na construção de relógios e cronômetros. Suponha que você necessite implementar um cronômetro. Para tanto, esse cronômetro deve possuir dois botões: o de reiniciação (para zerar o valor da contagem) e o de “pausa / recomeço”. Este último, quando pressionado (quando a contagem estiver em curso), faz com que a contagem seja interrompida, e, ao ser pressionado novamente, faz com que a contagem seja retomada. Analise as afirmativas a seguir. I. O botão de reiniciação servirá para jogar um pulso de reset ao contador, e também a um flip-flop “JK”, cuja função é sinalizar o botão “pausa / recomeço”. II. O botão de reiniciação servirá para introduzir o valor lógico “0” em várias portas “AND”, sendo que cada uma delas terá uma entrada conectada ao botão de reiniciação e outra conectada à saída “Q” do flip- flop correspondente. Assim, a saída do cronômetro estará valendo “0”. III. O botão “pausa / recomeço” tem a função de jogar um pulso ao clock de um flip-flop “JK”. A saída desse flip-flop estará conectada à entrada de uma porta “AND”, cuja entrada estará ligada ao clock do circuito (que produzirá a frequência de contagem do cronômetro). A saída dessa porta “AND” será conectada à entrada do clock do contador. IV. O botão “pausa / recomeço” tem a função de jogar o valor lógico “1” ao terminal “J” de um flip-flop “JK”. Nesse caso, o terminal “K” estará permanentemente conectado ao “terra” (GND) do circuito. A saída desse flip-flop estará conectada à entrada de uma porta “AND”, cuja entrada estará ligada ao clock do circuito (que produzirá a frequência de contagem do cronômetro). A saída dessa porta “AND” será conectada à entrada de clock do contador. Agora, assinale a alternativa que traz apenas a(s) afirmativa(s) correta(s). Resposta Selecionada: I e III. Resposta Correta: I e III. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Realmente, o reset deve incidir tanto no contador, para que seja reiniciado, quanto no flip-flop JK, que atuará como seletor “pausa / recomeço”. Nesse caso, o valor lógico “0” indica a contagem normal. Cada pulso no flip-flop “pausa / recomeço” faz com que o seu valor seja invertido, atuando na entrada da porta “AND” para deixar passar ou bloquear o sinal do clock externo para que seja propagado à entrada do clock do contador. Suponha que você tem que implementar um circuito para controlar o acendimento dos LEDs de um giroflex de uma viatura oficial (como um carro de polícia, uma ambulância ou um veículo do corpo de bombeiros). Assim, projete um circuito para controlar o conjunto de LED S, de modo que se tenha a sequência de acendimentos a seguir: Na figura acima, temos, inicialmente, apenas os LEDs das extremidades acesos e os demais apagados. Sabendo-se que esse projeto pode ser desenvolvido com contadores síncronos, para essa questão, desenvolva as expressões relativas aos terminais “J” e “K” do primeiro LED (o LED mais à esquerda). Lembrando que os dois lados são simétricos, ou seja, temos dois conjuntos simétricos de quatro LEDs cada. Assim, o acendimento do último LED corresponderá ao acendimento do primeiro, o penúltimo corresponde ao segundo e assim por diante. Suponha que os LEDs sejam denominados “A”, “B”, “C” e “D” e associados à saída “Q” do flip-flop correspondente do contador síncrono. Imagine que o circuito já é iniciado no estado correspondente à primeira linha da figura. Assinale a alternativa que contém as expressões de “J” e “K” do LED mais à esquerda do giroflex apresentado. Resposta Selecionada: J = ~A.~B.~C.D; K = A.~B.~C.~D. Resposta Correta: J = ~A.~B.~C.D; K = A.~B.~C.~D. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Como cada LED do giroflex estará associado a uma saída “Q” de um contador síncrono, poderemos, então, implementá-lo para que ele produza a seguinte contagem: 8, 2, 4 1, 15. Contadores assíncronos podem estar presentes em várias aplicações práticas. Imagine que há a necessidade de se implementar um circuito para informar ao usuário a quantidade de batidas de seu coração por minuto. Esse circuito deve atualizar o display somente após o final de cada minuto, ou seja, ao final de cada minuto, a contagem deverá ser reiniciada para que, após o próximo minuto, o valor do display possa ser atualizado com a nova marcação. Para a implementação do circuito, suponha que você possui os seguintes componentes: I. Transdutor pressão-elétrico: esse componente transforma uma variação de pressão em um sinal elétrico. No nosso caso, será acoplado junto ao corpo do usuário para que, a cada batimento do coração, ele forneça um pulso (sinal já condicionado), ou seja, os níveis de tensão e de corrente já se encontram calibrados para a pronta utilização no circuito a ser implementado. II. Oscilador com pulso a cada minuto: esse circuito emitirá um pulso a cada minuto. III. Registrador: esse componente é capaz de armazenaruma palavra de N bits. Suponha que a quantidade N de bits seja suficiente para a sua aplicação. IV. Contador assíncrono de N bits. Suponha que a quantidade N de bits seja suficiente para a sua aplicação. Esse contador apresenta um pino de “ reset”, quando referenciado com “1”, o valor da contagem é reiniciado com “0”. V. Decodificadores e display de 7 segmentos. A quantidade de decodificadores e displays disponíveis são suficientes para exibir um número de três dígitos. VI. Portas lógicas diversas. Agora, faça a relação entre os componentes de modo que as interconexões permitam a implementação do circuito de monitoramento de batimentos cardíacos. Resposta Selecionada: I → clock de IV; II → clock de III; II → reset de IV; III → V; IV → III. As portas lógicas servem para sincronizar o momento da carga do registrador com o reset do contador. Resposta Correta: I → clock de IV; II → clock de III; II → reset de IV; III → V; IV → III. As portas lógicas servem para sincronizar o momento da carga do registrador com o reset do contador. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Você associou corretamente os componentes. Notou que o transdutor produz os pulsos que farão com que o valor do contador seja incrementado. Esse valor do contador somente será passado ao registrador após um minuto (pulso derivado do oscilador 1 pulso por minuto). Na ocorrência desse pulso, deverá haver, além da carga do valor da contagem no registrador, o reset do contador para que a contagem dos batimentos cardíacos seja reiniciada. Deve-se garantir que haverá, antes, a carga do valor no registrador para que, depois, seja realizado o reset. Os decodificadores e displays de 7 segmentos terão a função de exibir o valor presente no registrador. Contadores binários assíncronos são componentes capazes de realizar uma contagem linear crescente ou decrescente, sendo que os valores pertencentes à contagem são subsequentes ao valor atual. Várias aplicações podem ser implementadas levando-se em conta a utilização dos contadores assíncronos, dentre as quais podemos citar os divisores de frequência. Divisores de frequência são circuitos capazes de gerar um pulso que representa o sinal de clock dividido por um fator pré- determinado. A partir dessa lógica, analise as afirmativas a seguir. I. O valor da divisão é consequência do tamanho da palavra manipulada pelo contador, ou seja, é consequência da quantidade de flip- flops utilizados no contador. II. O valor da divisão de frequência é condicionado ao limite da contagem. O pulso de “reset” da contagem representa o próprio valor da divisão do contador. III. O pulso de reset da contagem é obtido por intermédio do produto canônico do valor limite, acrescentado de uma unidade. IV. O pulso de “reset” da contagem é obtido por intermédio do produto canônico do valor limite. Agora, assinale a alternativa que traz apenas a(s) afirmativa(s) correta(s). Resposta Selecionada: II e III. Resposta Correta: II e III. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Realmente, para implementar um divisor de frequência usando contadores binários assíncronos, basta reiniciar contagem após N pulsos de clock — sendo N o valor requerido da divisão da frequência. A reiniciação pode ser conseguida pela ativação do pino de “reset” dos flip-flops, utilizando-se para tal a saída de uma porta lógica que implemente o produto canônico do valor (N+1). Em diversas situações, surge a necessidade de utilizarmos circuitos contadores. Por exemplo, nas análises clínicas, temos os contadores, para que sejam levantadas quantidades de microrganismos; no controle de acesso a um show, temos que verificar quantas pessoas estão presentes; e no computador, quantos ticks de clock foram efetuados. Para tanto, existem os circuitos contadores binários assíncronos e os circuitos contadores síncronos. Analise as afirmativas a seguir e assinale com “V” as verdadeiras e com “F” a(s) falsa(s). ( ) Contadores síncronos são implementados somente com flip-flops tipo “T”. ( ) Contadores síncronos permitem uma contagem não linear. Porém, para se conseguir tal característica, deve-se criar lógicas combinacionais para cada entrada “J” e “K” dos flip-flops envolvidos. ( ) Dá-se o nome de contadores síncronos, pois todos os flip- flops recebem o mesmo sinal de clock, simultaneamente. ( ) Com os contadores síncronos, evita-se o problema de ruídos que poderiam ocorrer nos contadores assíncronos. Agora, assinale a alternativa com a sequência correta. Resposta Selecionada: F; V; V; V. Resposta Correta: F; V; V; V. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Os contadores binários síncronos permitem contagens não lineares. Porém, para isso, tornam-se mais complexos em relação aos assíncronos, pois deve-se criar circuitos combinacionais para cada terminal “J” e “K” de todos os flip-flops envolvidos. Pelo fato de que o sinal de clock é único para todos os flip- flops (motivo do nome “síncrono”), o problema de ruído durante a contagem (que poderia ocorrer nos assíncronos) não existe. Na eletrônica digital, os componentes básicos dos sistemas lógicos sequenciais são chamados de “ latches” e “ flip-flops”. Tais componentes são capazes de armazenar um bit de informação e podem integrar os circuitos registradores e contadores binários. Sabe-se que existem vários modelos de latches e flip-flops, dentre os quais podemos destacar “RS”, “D”, “JK” e “T”. Para essa questão, vamos nos concentrar no tipo “JK” e analisar as seguintes combinações para os valores de “J” e de “K”: (I) J = 0 ; K = 0. (II) J = 1 ; K = 0. (III) J = 1 ; K = 1. (IV) J = 0 ; K = 1. Qual é a sequência correta dos valores a serem obtidos na saída Q do flip-flop “JK”? Resposta Selecionada: Q t ; 1; ~Q t ; 0. Resposta Correta: Qt; 1; ~Qt; 0. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Realmente, o flip- flop “JK” se comporta de uma forma bem parecida com o flip- flop “RS”, em que o “ J” é equivalente ao terminal “ SET” e, o “ K” tem a funcionalidade do terminal “ RESET”. Dentro dos circuitos lógicos sequenciais, podemos encontrar os contadores assíncronos. Contadores assíncronos são circuitos capazes de realizar uma contagem crescente ou decrescente em que a variação dos valores de contagem é realizada mediante o pulso de um sinal de clock . Sua implementação poderá ser realizada pela utilização de flip- flops tipo “JK” ou flip-flops tipo “T”. Analise as afirmativas a seguir e assinale com “V” as verdadeiras e com “F” a(s) falsa(s). ( ) Contadores assíncronos permitem apenas contagens em que os elementos contados são subsequentes, ou seja, o novo valor representa o acréscimo ou decréscimo de uma unidade a cada pulso de clock . ( ) Contadores assíncronos podem apresentar valores errôneos transientes de contagem, que duram enquanto as transições dos sinais de clock estiverem sendo realizadas. ( ) Contadores assíncronos possuem a implementação mais complexa em relação aos contadores síncronos. ( ) Para realizar a contagem decrescente, basta usar a lógica positiva para o sinal do clock . Agora, assinale a alternativa com a sequência correta. Resposta Selecionada: V; V; F; V. Resposta Correta: V; V; F; V. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta está correta. Os contadores assíncronos de fato são mais fáceis de implementar, pois nenhuma lógica adicional deverá ser inserida para permitir a contagem. Porém, essa baixa complexidade faz com que haja a possibilidade de ruídos durante as transições do sinal de clock entre cada flip-flop. Isso ocorre porque cada flip- flop é operado por uma frequência distinta de clock. Em diversassituações, surge a necessidade de se alternar entre as contagens crescentes e as decrescentes. Um exemplo é a implementação de um gerador de ondas do tipo triangular. Em outras situações, por questão de economia (de custos e de espaço utilizado), um único circuito integrado já integra as duas funcionalidades, mas, para tanto, deve existir um pino cuja função é permitir ao usuário/desenvolvedor optar pela contagem crescente ou pela decrescente. Assim, por exemplo, quando esse pino (UP/DOWN) estiver no nível lógico “0”, a contagem será crescente; caso contrário (valor lógico “1”), a contagem será realizada de forma decrescente. Para essa questão, analise as afirmativas a seguir. I. Para permitir a troca da funcionalidade do contador, pode ser inserido um MUX na entrada do clock dos flip-flops, selecionando a saída Q ou a saída ~Q do flip-flop anterior. O bit de seleção do MUX será o próprio pino “UP/DOWN”. II. Para permitir uma contagem crescente ou decrescente, basta conectar as saídas Q e ~Q às entradas de uma porta “OR”. A saída da porta “OR” corresponderá a um bit da palavra de saída do contador. III. Para permitir a troca da funcionalidade do contador, pode ser inserido um MUX para a obtenção da saída da contagem. Esse MUX receberá como entradas a saída Q ou a saída ~Q do flip-flop. O bit de seleção do MUX será o próprio pino “UP/DOWN”. IV. Para permitir a troca da funcionalidade, basta conectar as saídas Q e ~Q às entradas de uma porta “AND”. A saída da porta “AND” corresponderá a um bit da palavra de saída do contador. Agora, assinale a alternativa que traz apenas a(s) afirmativa(s) correta(s). Resposta Selecionada: I e III. Resposta Correta: I e III. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Realmente, você observou bem dois aspectos: a lógica de sensibilidade do sinal de clock e os valores obtidos para a contagem crescente e decrescente. Em relação ao clock, na contagem crescente, utiliza-se na lógica negativa para a ativação (transição de “1” para “0” do sinal do clock). Por sua vez, para a contagem decrescente, utiliza-se a lógica positiva (transição de “0” para “1” do sinal do clock). Assim, pode-se utilizar um MUX para pegar a saída Q ou a saída ~Q, pois enquanto a saída Q estiver fazendo sua transição de descida, a saída ~Q estará fazendo a transição de subida, e o mesmo pensamento se aplica às transições de subida da saída Q. Agora, em relação ao valor de saída, podemos observar que os valores da contagem crescente são complementares aos da contagem decrescente. Assim, basta pegarmos a saída Q para coletarmos o valor relativo à contagem crescente ou pegarmos a saída ~Q para a contagem decrescente. Essa seleção pode ser realizada por meio de um MUX. Convém mencionar que a utilização da saída Q para a contagem crescente e a saída ~Q para a contagem decrescente é relativa à utilização de flip-flops com a lógica negativa do sinal de clock. Caso fossem utilizados flip-flops com a lógica positiva do sinal do clock, a coleta de Q ou ~Q seria invertida. Circuitos contadores binários assíncronos podem ser utilizados para gerar formas de onda. Para tanto, conecta-se os seus terminais de saída a um componente denominado “conversor digital-analógico” (DAC - Digital-analogic Converter). Um DAC é capaz de receber, em suas entradas, uma palavra digital e convertê-la para um sinal analógico. Assim, sua saída terá uma variação de voltagem correspondente ao valor binário digital inserido em sua entrada. Na figura a seguir temos, em (a) uma onda “dente de serra” obtida a partir de um contador assíncrono crescente. Em (b), a onda “dente de serra” é gerada utilizando-se um contador assíncrono decrescente. Em (c), temos a figura de uma onda “triangular”. Fonte: elaborada pelo autor, 2019. Analise as afirmativas a seguir e assinale com “V” as verdadeiras e com “F” a(s) falsa(s). ( ) Um gerador de onda triangular pode ser obtido com um contador do tipo crescente/decrescente, cuja funcionalidade varia automaticamente. ( ) Não é possível implementar um gerador de onda triangular utilizando-se contadores binários assíncronos. Devem ser usados apenas contadores binários síncronos. ( ) A funcionalidade crescente/decrescente pode ser trocada automaticamente por meio da utilização de um flip-flop do tipo “JK”, com os seus terminais “J” e “K” conectados aos nível lógico “1”. O clock do flip-flop “JK” é obtido quando a contagem chegar ao seu valor limite (por exemplo, em um contador de 3 bits, valor 7 na contagem crescente e valor 0 na decrescente). ( ) A funcionalidade crescente/decrescente pode ser trocada automaticamente por meio da utilização de um flip-flop do tipo “JK”, com os seus terminais “J” e “K” conectados aos nível lógico “1”. O clock do flip-flop “JK” é obtido utilizando-se um outro contador que gera um pulso toda vez que o seu bit mais significativo realizar a transição de “1” para “0”, ou seja, quando a contagem for reiniciada. Assinale a alternativa que traz a sequência correta. Resposta Selecionada: V; F; V; V. Resposta Correta: V; F; V; V. Feedback da resposta: Parabéns! Sua resposta foi a correta! Realmente pode-se utilizar um contador assíncrono para gerar ondas triangulares (desde que a saída do contador seja conectada a um DAC). Para tanto, o contador deve ser crescente- decrescente. A funcionalidade deve ser alternada automaticamente. Para tanto, pode-se utilizar um flip- flop “JK” (com ambos os terminais “J” e “K” associados ao nível lógico “1”). A cada pulso de clock do “JK”, inverte-se o valor armazenado e, consequentemente, troca-se a funcionalidade do contador assíncrono. O pulso do “JK” acontece toda vez que o contador chegar ao limite de sua contagem (limite crescente ou limite decrescente).
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