CIRCUITOS SEQUENCIAIS - TRABALHO 2

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIRCUITOS SEQUENCIAIS SÍNCRONOS E ASSÍNCRONOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Leonardo Breves Pinheiro - 201201463467 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2020 
 
 
 
 
 
Introdução .............................................................................................................................................. 3 
1. Circuitos Sequenciais ...................................................................................................................... 4 
2. Circuitos Assíncronos ..................................................................................................................... 6 
3. Circuitos Síncronos ......................................................................................................................... 6 
4. Divisão de frequência e contagem................................................................................................. 8 
• Aplicação em microcomputadores ............................................................................................ 9 
• Dispositivos SCHMITT-TRIGGER ............................................................................................... 10 
5. Multivibrador ............................................................................................................................... 11 
• Monoestável ............................................................................................................................. 12 
• Biestável ................................................................................................................................... 13 
• Astável ...................................................................................................................................... 15 
6. Análise de Defeito em Circuitos com Flip-Flop ............................................................................ 16 
Fontes / Bibliografia ............................................................................................................................. 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
 
Um circuito sequencial é composto por um circuito combinacional e elementos de memória. As 
entradas e as saídas do circuito sequencial estão conectadas somente ao circuito combinacional. Os 
elementos de memória são circuitos capazes de armazenar informação codificada em binário. 
Algumas das saídas do circuito combinacional são entradas para os elementos de memória, recebendo 
o nome de variáveis do próximo estado. Já as saídas dos elementos de memória constituem parte das 
entradas para o circuito combinacional e recebem o nome de variáveis do estado atual. As conexões 
entre o circuito combinacional e os elementos de memória configuram o que se costuma chamar laço 
de realimentação, pois a saída de um bloco é entrada para o outro e vice-versa. A informação 
armazenada nos elementos de memória num dado instante determina o estado em que se encontra 
o circuito sequencial. O circuito sequencial recebe informação binária das entradas que, juntamente 
com a informação do estado atual, determinam os valores das saídas e os valores do próximo estado. 
Desta forma, fica evidente que as saídas de um circuito sequencial dependem não apenas das 
entradas, mas também do estado atual, armazenado nos elementos de memória. E o mesmo pode ser 
dito para as variáveis de próximo estado. Em função deste comportamento sequencial, um circuito 
sequencial é especificado pela sequência temporal de entradas, saídas e estados internos. Existem 
dois tipos principais de circuitos sequenciais (Síncronos e Assíncronos ) e sua classificação depende da 
temporização (timing) dos sinais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Circuitos Sequenciais 
Circuitos sequenciais podem ser facilmente reconhecidos pelo fato de serem constituídos de flip-flop, 
além de outras portas, possivelmente. Se por um lado, os diagramas esquemáticos são suficientes 
para especificar perfeitamente a estrutura, o comportamento de um circuito sequencial é mais difícil 
de ser descrito, demandando mais recursos de representação. Dentre os recursos normalmente 
empregados na descrição do comportamento de circuitos sequenciais estão os diagramas de estados, 
as tabelas de transição de estados, as tabelas de saídas (que nada mais são que tabelas verdade) e as 
equações Booleanas. 
Exemplo: Determinar a tabela de transição de estados, a tabela de saída e o diagrama de estados para 
o circuito sequencial mostrado na figura 1. 
 
Fig. 1 
• Tabela de transição de estados: 
 
Tab.1 
• Tabela de saída para o circuito: 
 
Tab.2 
 
• Diagrama de estados para o circuito sequencial: 
 
 
Fig.2 
 
• Diagrama de tempos para uma possível operação do circuito sequencial: 
 
 
Fig.3 
Os circuitos sequenciais podem ser divididos em dois tipos, conforme o comportamento temporal 
dos seus sinais: síncronos e assíncronos. 
 
2. Circuitos Assíncronos 
O comportamento de um circuito sequencial assíncrono depende apenas da ordem nas quais as 
entradas mudam e o estado do circuito pode ser afetado em qualquer instante de tempo. Um circuito 
sequencial assíncrono é considerado um circuito combinacional com realimentação. Por contar desta 
realimentação, o sistema pode operar de maneira imprevista e algumas vezes pode mesmo torna-se 
instável. Os vários problemas encontrados em sistemas assíncronos impõem muitas dificuldades ao 
projetista e por esta razão eles são raramente utilizados. 
 
3. Circuitos Síncronos 
Um circuito sequencial síncrono é um sistema cujo comportamento pode ser definido a partir do 
conhecimento de seus sinais em instantes discretos do tempo. Um circuito sequencial síncrono utiliza 
sinais que afetam os elementos de armazenamento apenas em instantes discretos do tempo. A 
sincronização é realizada por um dispositivo de temporização chamado gerador de relógio (clock), que 
produz uma sequência periódica de pulsos de relógio. Os pulsos do relógio são distribuídos ao longo 
do sistema de tal maneira que os elementos de armazenamento sejam afetados apenas no momento 
da chegada de cada pulso. As saídas dos elementos de armazenamento mudam apenas quando os 
pulsos de relógio estão presentes. Circuitos sequenciais síncronos raramente apresentam problemas 
de instabilidade e a temporização é facilmente dividida em passos discretos e independentes, cada 
um dos quais podendo ser considerados separadamente. A forma de onda de um sinal de relógio é 
dita monótona, pois não se altera ao longo do tempo. Nela podem ser identificados a borda de subida, 
a borda de descida, o nível lógico zero e o nível lógico um. O tempo que decorre para o sinal se repetir 
é denominado período e é representado por T. Por exemplo, o tempo entre duas bordas de subida 
sucessivas é igual a T. Da mesma forma, o tempo entre duas bordas de descida sucessivas é igual a T. 
 
 
Fig.2 
A frequência de um sinal de relógio, representada por f, é definida como sendo o inverso do período, 
ou seja: f = 1 / T 
Para medir-se o período, usa-se os múltiplos do segundo: ms (milissegundo = 10-³s), µs 
(microssegundo = 10-^6s), ns (nanossegundo = 10^-9s) e ps (picossegundo = 10-^12s). Para medir-se 
a frequência, usa-se os múltiplos do hertz: kHz (quilohertz = 10³Hz), MHz (megahertz = 10^6Hz) e GHz 
(gigahertz = 10^9Hz). Um hertz equivale a 1/1s (i.e., o hertz é o inverso do segundo). 
Exemplo: Um circuito digital síncrono é cadenciado pelo uso de um sinal de relógio de 200 MHz. Qual 
é o maior atraso permitido para um circuito combinacional qualquer dentro deste circuito. Ora, se 
esse circuito deve trabalhar à frequência de 200 MHz, então, cada um de seus blocos combinacionais 
deve ter um atraso inferior ao período do relógio, o qual pode ser calculado por: 
 
 
Os elementos de memóriautilizados nos circuitos sequenciais síncronos são denominados flip-flop. 
Um flip-flop é um circuito digital que possui duas entradas e duas saídas e é capaz de armazenar um 
bit de informação. As duas entradas não são intercambiáveis: uma é reservada ao sinal de controle 
(relógio) e a outra recebe o dado (bit) a ser armazenado. As saídas correspondem ao dado (bit) 
armazenado e ao seu complemento. O sinal de relógio determina o instante em que o flip-flop amostra 
o valor do dado, podendo corresponder a uma borda de subida ou a uma borda de descida, 
dependendo de como o flip-flop é constituído. O diagrama da figura abaixo mostra que o valor de 
cada variável de estado é armazenado num flip-flop específico. Os valores que representam o próximo 
estado só são amostrados na borda ativa do relógio. Logo, o estado atual fica armazenado no conjunto 
de flip-flop até que uma nova borda do relógio chegue, quando então o próximo estado passa a ser o 
estado atual e um novo próximo estado será gerado pelo circuito combinacional. 
 
Fig.3 
Desde que devidamente alimentado com energia, um flip-flop pode manter indefinidamente um 
estado, até que os sinais de entrada assumam uma configuração tal que o façam mudar de estado. 
Essa configuração depende de como o flip-flop é constituído. O estado em que um flip-flop se encontra 
usualmente é associado ao valor binário que ele está armazenando. Desta forma, num dado instante, 
um flip-flop estará armazenando ou o valor lógico 1 (um) ou o valor lógico 0 (zero), pois esses são os 
dois valores possíveis para uma variável Booleana. 
 
4. Divisão de frequência e contagem 
A forma de onda em Q0 tem a metade da frequência dos pulsos de clock. Para N FF, a frequência de 
saída é de 1/2^N. O contador é módulo 8 (2^N). 
 
Fig.4 
• Contador BCD 
o Conta somente até 1001 
o CLR quando saída é 1010 
 
Fig.5 
 
• Aplicação em microcomputadores 
 
Fig.6 
 
 
 
 
• Dispositivos SCHMITT-TRIGGER 
 
o Não é um flip-flop, mas apresenta uma certa propriedade de memória, para produzir 
uma histerese da saída em relação à entrada. 
o A histerese é a tendência de um material ou sistema de conservar suas propriedades 
na ausência de um estímulo que as gerou. 
o Em circuitos está relacionada com um sinal que liga ou desliga em instantes 
diferentes. 
o Uma porta lógica com essa propriedade é usada para eliminar ruídos dos sinais. 
o Também é usado em circuitos geradores de clock. 
 
Fig.7 
 
 
Fig.8 
 
 
Fig.9 
 
5. Multivibrador 
 
• Circuitos Geradores de Clock 
 
a. Flip-flops: multivibradores bi-estáveis (dois estados estáveis) 
b. One Shot: multivibradores monoestáveis (um estado estável) 
c. Terceira categoria: multivibradores astáveis (nenhum estado estável) 
d. Um multivibrador astável comuta livremente entre 0 e 1 podendo ser usado para gerar 
um sinal de clock. 
e. Um circuito muito comum é o oscilador Schmitt-Trigger, que usa uma porta inversora 
tipo schmitt-trigger. 
 
 
• Monoestável 
Um circuito relacionado com flip-flops são os chamados “One Shot”. Os flip-flops podem ser chamados 
de multivibradores biestáveis. O “One Shot” é um multivibrador monoestável, pois o estado Q=1 é 
chamado de “quase estável”, pois fica nesse estado por um período fixo de tempo t p . O tempo t p 
pode variar de nano segundos até algumas dezenas de segundos. Geralmente baseia-se em dois 
componentes externos: R T e C T . 
Multivibrador monoestável 
 
Fig.9 
 
 
 
 
 
 
 
O circuito “One Shot” (OS) pode ser do tipo com redisparo ou não. 
 
Fig.10 
 
• Biestável 
O Multivibrador Biestável tem dois estados estáveis. Inicialmente o Multivibrador está em um dos 
estados estáveis e só se move para o outro se propriamente instado externamente a mudar. A 
biestabilidade pode ser obtida com um amplificador DC com realimentação positiva com um ganho 
de malha maior que a unidade. 
 
Fig.11 
O divisor de tensão (R1,R 2) vai fornecer uma fracção da tensão de saída β = R1/ ( R1 + R 2 ) no terminal 
positivo de entrada. Se A β é maior que um, que geralmente é o caso, existe um processo regenerativo 
até o amplificador operacional saturar (num nível L +). A tensão no terminal positivo de entrada v + 
será L + R1/ ( R1 + R 2 ) que é positivo e mantém o amplificador operacional na saturação positiva. O 
amplificador pode saturar em direção à tensão negativa. Então v O = L − e v + = L − R1/ ( R1 + R 2 ). 
Pode-se concluir que o circuito tem dois estados ativos. Os dois estados podem manter-se 
indefinidamente. Existe outro estado de equilíbrio instável (ver figura (b)) em que v + = 0 e v O = 0. 
Qualquer distúrbio (desvio de tensão ou ruído) o circuito comuta para um dos outros estados. 
 
Fig.12 
 
Como mudar o estado de um circuito biestável? 
Qualquer dos terminais ligados à massa serve como terminal de entrada. Dependendo do uso de um 
terminal ou de outro como entrada dá origem a uma configuração inversora ou não inversora. Na 
figura mostra-se a configuração inversora. Estando a saída em L + e v + = β L +. Se vI crescer até um 
valor ligeiramente superior a v + (figura (b)), implica que V0 passa para L _ (atendendo que o 
amplificador operacional tem ganho infinito) e v + = β L − e mantêm-se nesses valores para valores 
superiores de vI > β L _. 
 
Fig.13 
Se a tensão descer, o multivibrador só muda de estado outra vez quando vI < β L _ (figura (c) do acetato 
anterior). O facto dos níveis de vI para os quais o multivibrador muda de estado serem diferentes 
conforme o valor de vI está a aumentar ou diminuir é designado por histerese. A figura (d) (do acetato 
anterior) apresenta a resposta v o − vI do circuito (a) (do acetato anterior). Pode-se mudar o estado 
do multivibrador através dum impulso de curta duração com amplitude > β L + (quando a saída está 
no nível alto) ou < β L _ (quando a saída está no nível baixo). 
• Astável 
O Multivibrador Astável não tem estados estáveis e gera uma onda que oscila continuamente entre 
dois estados. 
o Timer 555 usado como um multivibrador astável 
 
Fig.14 
Exemplo: 
Calcule a frequência e o ciclo de trabalho (duty cycle) do multivibrador astável 555 com os seguintes 
componentes: 
 
 
Solução: 
 
 
 
6. Análise de Defeito em Circuitos com Flip-Flop 
 
 
Fig.15 
 
 
Existem várias possibilidades: 
Uma conexão interna aberta no Z1-1, o que impediria Q de responder à entrada. Uma falha de 
componente interno em NAND Z1, que a impediria de responder corretamente. A saída Q fixa em 
nível BAIXO, que poderia ser causado por: 
(a) Z1-3 internamente em curto com terra. 
(b) Z1-4 internamente em curto com terra. 
(c) Z2-2 internamente em curto com terra. 
(d) Nó Q externamente em curto com terra. 
 
Fontes / Bibliografia 
 
file:///C:/Users/F8054723/Downloads/Aula%2002%20-%20Flip-Flops%20-%2025042016.pdf 
http://cee.uma.pt/edu/el2/acetatos/Multivibradores.pdf 
http://www.professores.uff.br/lbertini/wp-content/uploads/sites/108/2017/08/Capitulo-6-
Circuitos-Sequenciais.pdf 
https://www.ufjf.br/daniel_silveira/files/2011/06/aula_8.pdf 
 
 
file:///C:/Users/F8054723/Downloads/Aula%2002%20-%20Flip-Flops%20-%2025042016.pdf
http://cee.uma.pt/edu/el2/acetatos/Multivibradores.pdf
http://www.professores.uff.br/lbertini/wp-content/uploads/sites/108/2017/08/Capitulo-6-Circuitos-Sequenciais.pdf
http://www.professores.uff.br/lbertini/wp-content/uploads/sites/108/2017/08/Capitulo-6-Circuitos-Sequenciais.pdf
https://www.ufjf.br/daniel_silveira/files/2011/06/aula_8.pdf