Circuitos Sequenciais 02

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Universidade Federal de Ouro Preto 
Instituto de Ciências Exatas e Biológicas – Departamento de Computação 
CIC 131 – Laboratório de Circuitos Digitais 
Aula: 9 Assunto: Circuitos Seqüências Básicos: Latches e Flip-Flops 
Semestre: 2006/2 Professor: Ricardo de Oliveira Duarte 
 
R9.doc 1 
1. Objetivos: 
• Montar e analisar o funcionamento de circuitos seqüenciais básicos. 
 
2. Material utilizado: 
• Fios; 
• Protoboard; 
• Chips TTL; 
• Barra de pinos e jumpers; 
• Fonte de alimentação DC; 
• LEDs; 
• Resistores de 330�. 
• Gerador de funções. 
• Osciloscópio. 
 
3. Introdução: 
Circuitos digitais seqüenciais são circuitos onde a(s) saída(s) dependem, além de uma 
combinação das entradas, também do estado que o sistema se encontra no momento 
anterior da mudança de nível lógico, ou seja, do valor que as suas saídas se 
encontravam em um instante ti-1. O circuito seqüencial mais elementar é chamado 
flip-flop. O flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital capaz de funcionar 
como uma memória de um bit. 
 
Os circuitos seqüenciais servem para armazenar resultados temporários, dividir 
freqüências, fazer contagens seqüenciais ou contagens aleatórias pré-programadas, 
além de servirem como circuitos para deslocar palavras binárias. Nessa aula vocês 
estudarão o comportamento dos flip-flops que são usados na construção de todos os 
circuitos seqüenciais dados como exemplo nesse parágrafo. 
 
Existem quatro tipos de flip-flop, a saber: flip-flop RS (Reset/Set); flip-flop D (Delay) 
também conhecido simplesmente como latch; flip-flop JK (em homenagem a Jack 
Kilby seu projetista) e flip-flop T (Toggle). 
 
O flip-flop RS (Reset/Set) mostrado na figura 1 garante na sua saída Q, o nível lógico 
1 (Set), se a entrada S estiver em 1 e a entrada R (Reset) estiver em 0. O flip-flop RS 
garante na sua saída Q, o nível lógico 0 (Reset), se a entrada R estiver em 1 e a 
entrada S estiver em 0. Se ambas as entradas S e R estiverem em 1, a saída não se 
modifica, ou seja mantém o valor de Q que tinha guardado no instante imediatamente 
anterior as entradas mudarem para R=S=1. Se, entretanto, ambas as saídas S e R 
estiverem em 0, nenhum comportamento particular é garantido (estado de 
instabilidade). O comportamento de um circuito seqüencial básico é comumente 
escrito na forma de uma tabela verdade. Preencha a tabela verdade do flip-flop RS 
construído a partir de portas NAND como mostrado na figura 1. 
R
Q'
Q
S
 
Figura 1 – Flip-flop RS com portas NAND 
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CIC 131 – Laboratório de Circuitos Digitais 
Aula: 9 Assunto: Circuitos Seqüências Básicos: Latches e Flip-Flops 
Semestre: 2006/2 Professor: Ricardo de Oliveira Duarte 
 
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S R Qi-1 Qi 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Tabela 1 – Tabela verdade do flip-flop RS 
 
O aparecimento do estado indefinido ou de instabilidade (estado R=S=0) na tabela 1 
representa uma desvantagem dos flip-flops RS. 
Na figura 2, observa-se um flip-flop RS com a inclusão de uma terceira entrada de 
controle C (ou clock), é um flip-flop RS temporizado. O diagrama lógico do novo flip-
flop RS é mostrado na figura 2. A tabela característica (tabela 2) deve ser preenchida 
pelo grupo. 
 
 
Figura 2 – Flip-flop RS com portas NAND e entrada de clock (controle) 
 
C S R Qi-1 Qi 
0 0 0 
0 0 1 
0 1 0 
0 1 1 
1 0 0 
1 0 1 
1 1 0 
1 1 1 
Tabela 2 – Tabela verdade do flip-flop RS com entrada de clock (controle) 
 
Flip-flops D ou latches são circuitos lógicos seqüenciais que tem por objetivo 
memorizar dados aplicados na sua entrada D. Flip-flops D podem ser construídos a 
partir de flip-flops RS, bastando que façamos que entrada S do flip-flop RS receba a 
entrada D e a entrada R receba D’. Desenhe o circuito do flip-flop D a partir do flip-flop 
RS da figura 1 e escreva sua tabela verdade. 
 
Flip-flops JK também podem ser construídos a partir de flip-flops RS. No caso do 
flip-flop JK o problema do estado instável é solucionado. A figura 3 representa um flip-
flop JK construído a partir de um flip-flop RS com entrada de clock R usando portas 
NAND como base. Em seu relatório explique a razão de se ter solucionado o problema 
da instabilidade do flip-flop RS com a inclusão das portas NAND usadas no flip-flop JK. 
 
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Semestre: 2006/2 Professor: Ricardo de Oliveira Duarte 
 
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Figura 3 – Flip-flop JK com portas NAND e entrada de clock (controle) 
 
Flip-flops T podem ser construídos facilmente a partir de flip-flops JK, bastando para 
isso que as entradas J e K sejam curto circuitadas em uma única entrada T. Escreva a 
tabela verdade do flip-flop T. Flip-flops T são muito usados em circuitos seqüenciais 
tais como divisores de freqüência e contadores. 
 
As entradas de controle (clock) nos permitem gerar os flip-flops acima que variam seu 
comportamento lógico (mudança de estado) de duas formas distintas: 
• Flip-flops com entradas sensíveis ao nível do clock (master-slave flip-flops). 
• Flip-flops com entradas sensíveis à borda do clock (evento de clock) ou também 
chamados flip-flops gatilhados pela borda de subida ou de descida do clock (edge 
triggered flip-flops). 
 
Figura 4 – Flip-flop RS Mestre-Escravo: entrada de clock CP2 = CP1’ 
 
Figura 5 – Um Flip-flop D gatilhado pela borda de subida do clock (simbolisado por: >) 
 
4. Atividades práticas de laboratório: 
a) Monte o flip-flop RS da figura 2 e verifique seu comportamento lógico. 
b) Aplique uma onda quadrada de freqüência muito baixa na entrada C do circuito do item (a) 
e faça variar as entradas RS de modo que você observe o comportamento do circuito. 
Monitore a saída Q comparando-o com o sinal de clock com a ajuda do osciloscópio. 
c) Monte um flip-flop D a partir do flip-flop RS (item a) e verifique seu comportamento lógico. 
d) Monte o flip-flop JK da figura 3 e verifique seu comportamento lógico. 
e) Monte um flip-flop T a partir do flip-flop JK e verifique seu comportamento lógico. 
 
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Apresente em seu relatório um resumo dos principais conceitos e fundamentos tratados nessa 
prática. Inclua também em seu relatório tabelas verdade, procedimentos de simplificação 
booleana, desenhos dos circuitos lógicos e formas de onda. Use o simulador do Digital Works 
ou então do Multimedia Logic para observar o comportamento do circuito montado. Descreva 
em seu relatório o projeto do flip-flop RS visto nessa prática usando portas NOR ao invés de 
NAND. Explique o que ocorreu com o estado de instabilidade do flip-flop RS. Pesquise o 
funcionamento de um flip-flop mestre-escravo (master-slave). Apresente o circuito de um 
desses flip-flops no relatório. Quais chips TTL implementam flip-flops? Monte uma tabela com 
os TTLs pesquisados, classificando-os conforme as características lógicas particulares de cada 
chip (tipo: D, RS, JK, T, mestre-escravo, gatilhado pela borda de subida do clock, sensível ao 
nível do clock, possuí sinal de clear, possuí sinal de preset, etc.). Descreva de forma clara e 
sucinta suas principais conclusões e/ou observações.