RELATORIO DE CONTROLADOR SINCRONO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU
CURSO DE GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
JULLIO CEZAR DE FARIAS SOUSA 
ADEILSON DE VASCONCELOS
RELATÓRIO DO PROJETO CONTADOR SINCRONO 
CAMPINA GRANDE
2020
JULLIO CEZAR DE FARIAS SOUSA 
ADEILSON DE VASCONCELOS
RELATÓRIO DO PROJETO CONTADOR SINCRONO 
Relatório apresentado ao projeto contador síncrono de Engenharia Elétrica do Centro Universitário Maurício de Nassau do estado da Paraíba, como requisito para obtenção de nota da disciplina Eletrônica Digital, sob orientação do Professor (a): André Luís Silva Barbosa
Campina grande
2020
RESUMO 
	Este relatório tem como principal objetivo apresentar demostrar o que são contadores síncronos, demostrar a montagem de um cronômetro, utilizando um contador assíncrono de 3 bits, com Flip Flops do tipo J-K. O sistema apresenta a contagem em display de 5 segmentos, onde nesta sequência que para e um que zere a contagem está seguindo a lógica da montagem realizada pelo digrama de estado, tabela verdade, projeto transição para o contador de Gray de 3 bits. e mapas de Kanaugh. Estas simulações foram feitas utilizando o programa multisim e falsed logo após realizar pratica de laboratorio.
Palavras-chave: Projeção, Simulação, Pratica de laborio, Kanaugh.
LISTA DE FIGURAS
	Figura 1- Flip-Flop SR discreto
	15
	Figura 2- Tabela verdade de um flip-flop SR
	15
	Figura 3- Tabela verdade de um flip-flop SR com pulsos de clock.
	16
	Figura 4- Diagrama de Estados do Flip-Flop SR.
	16
	Figura 5- Diagrama de Estados do Flip-Flop SR.
Figura 6- (a) Flip-Flop JK discreto, (b) Flip-Flop JK Bloco
	17
17
	Figura 7- Tabela verdade Flip-Flop JK Master-Slave
Figura 8- Flip-Flop JK Master-Slave (Mestre-Escravo).
	18
18
	Figura 9- Flip-Flop T
Figura 10- Tabela verdade Flip-Flop T
	19
19
	Figura 11- Representação gráfica do Flip Flip tipo D.
Figura 12- Tabela verdade do Flip Flop tipo D.
	20
20
	Figura 13- Contador Assíncrono.
Figura 14- Diagrama de estado
	21
21
	Figura 15- Tabela verdade do JK 
Figura 16- Diagrama de estados
	22
22
	Figura 17- Duas variáveis
Figura 18- Tabela de transição para o contador de Gray de 3 bits
	23
23
	Figura 19- Diagrama de estados do projeto
Figura 20- Projeto Manual do contador síncrono
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 26
	Figura 21a- Simulação sequência 001
Figura 21b- Simulação sequência 101.
	27
27
 
	Figura 21c- Simulação sequência 111
Figura 21d- Simulação sequência 010.
Figura 22- Planta do projeto de contador síncrono de 3bits.
Figura 23- Montagem do experimento.
Figura 24- Banda didática ligações das entradas do contador síncrono e saída.
	27
27
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30
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LISTA DE TABELA 
	Tabela 1- Tabela do projeto transição para o contador de Gray de 3 bits.
	25
	Tabela 2- Verdade do Flip Flop D.
	25
	Tabela 3- Simplificação de circuito combinacional atravé do mapa de Kanaugh
.
	26
	
	
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	12
2. OBJETIVOS 	13
2.1 OBJETIVO GERAL 	13
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO 	13
3. REFERENCIAL TEÓRICO 	14
3.1 FLIP FLOP	14
3.1.2 Flip-Flop JK	15
3.1.3 Flip-Flop-SR	16	
3.1.4 Flip-Flop JK com entradas Preset e Clear	17
3.1.5 Flip-Flop JK Master-Slave (Mestre-Escravo) 	18		
3.1.6 Flip-Flop T	18
3.1.7 Flip-Flop D	19
4. CONTADORES 	20
4.1 CONTADORES ASSÍNCRONOS	21
4.2 CONTADORES SÍNCRONOS	22
4.2.1 O Mapa de Karnaugh	22
4.2.2 Estrutura do mapa de Karnaugh	23
4.2.3 Estrutura da Tabela de transição	23
5. METODOLOGIA	24
5.1 PROJETO DO CONTADOR SINCRONO	24
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO 	30
6.1 MATERIAL DO EXPERIMENTO	30
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 	33
8.REFERÊNCIAL TEORICO	 34
1. INTRODUÇÃO 
	Segundo Idoeta e Capuano (1984), “contadores são circuitos digitais que variam os seus estados, sob o comando de um clock, de acordo com uma sequência predeterminada.”. Esses contadores são circuitos implementados a partir de flip-flops. Existem dois tipos básicos de contadores: Assíncronos e Síncronos. 
	Os contadores assíncronos são caracterizados por não terem entradas de clocks comuns. Para Legg (2011), nesses tipos de circuitos “a saída de cada elemento de contagem (flip-flop) aciona o sinal de controle (clk) do próximo elemento de contagem.”
	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, a pesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento do sinal de saída. 
Alguns flip-flop 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 mu dança 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.	
	
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
	Este trabalho tem como objetivo verificação experimental de conceitos vistos nas aulas teóricas relativos ao projeto de circuitos combinacionais, particularmente os circuitos contadores síncrono. Familiarização com componentes eletrônicos, acessórios e equipamentos básicos do laboratório.
 2.2. Objetivos Específicos
	Neste relatório pretende-se descrever especificamente: 
•Verificar o funcionamento de circuitos que utilizam Flip-flop como contadores;
• Analisar as saídas dos contadores como divisores de frequência;
• Obter resultados referentes à montagem a todos processos de construção do contador síncrono e dos flip flops.
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REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 CIRCUITO BASICO DE MEMORIA 
O circuito básico de memória digital é mostrado no diagrama abaixo, onde a saída é realimentada através da porta inversora CI. 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. A Figura 1 demostrar o circuito básico de memoria digital.
		Figura 1: Circuito básico de memória digital.
		Fonte: EVANGELISTA (2017).
3.1.2 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: Flip Flop.
Fonte: EVANGELISTA (2017).
3.1.2 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 C I1, 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 demostrando a função de SET do flip-flop, quando a chave S é acionada a uma sequência de eventos ocorrem através do C I1 e do CI2. Esta sequência 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. 
			Figura 3: Circuito Função SET.
Fonte: EVANGELISTA (2017).
3.2 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. 
O funcionamento do JK nada mais é que um Flip-Flop RS realimentado, conforme ilustração abaixo:
Figura1: A) Circuito e B) Tabela Verdade.
Fonte: EXPERIMENTSMANUAL, (2009).
3.2.1 Tipo JK com Preset e Clear
 	Aqui temos a entrada de duas novas variáveis, o Preset e Clear, que determinam o funcionamento do Flip-Flop. Onde o Preset seleciona o nível lógico 1 na saída, independente do que está nas entradas, assim como o Clear seleciona o nível lógico 0 na saída independente do que está nas entradas. Abaixo segue a tabela de como funciona o esquema Preset e Clear de acordo com a Figura 2.
Figura 2: Esquema de funcionamento Preset e Clear.
Fonte: EXPERIMENTSMANUAL (2009).
Uma importante observação é o uso de portas inversoras antes das entradas Preset e Clear e por isso tivemos os resultados obtidos acima. Podemos então concluir que quando as entradas Preset e Clear forem iguais a 1, o Flip-flop apresentará as mesmas características de um Flip-Flop tipo JK. Figura 3 demostra o circuito equivalente:
		
Fonte: EXPERIMENTSMANUAL (2009).
3.2.3 Tipo JK Mestre-Escravo 
Este tipo de Flip-Flop foi desenvolvido para resolver um problema característico do Flip-flop tipo JK, que é a alteração das entradas enquanto o sinal do clock for 1, alterando as saídas até que o clock seja 0. Visando corrigir este erro foi desenvolvido um circuito que conforme é dado o pulso no clock suas entradas são bloqueadas, e a saída só é fornecida quando o pulso deste clock é 0. Figura 4, está o esquema do circuito JK mestre – escravo.
		Figura 4: Esquema do circuito JK mestre – escravo.
Fonte: EXPERIMENTSMANUAL (2009).
4. CONTADORES 
	São sistemas sequenciais que contam o número de pulsos que ocorre em sua entrada durante um certo intervalo de tempo. A indicação da contagem e dada na base 2 e obtida atrav´es das saídas binárias do contador. Existem dois tipos básicos de contadores (IDOETA, 1984): 
	a) Os Assíncronos - dos quais as transições dos Flip-Flop não são simultâneas. 
	b) Os Síncronos - dos quais as transições dos Flip-Flop são simultâneas e geradas por um sinal de clock.
	4.1 Contadores Assíncronos:
	São caracterizados por não terem entradas de clocks comuns. Essa se faz apenas no 1 flip-flop e as outras entradas de clock dos outros flip-flop serão funções das saídas. Os contadores assíncronos podem ter módulos binário e módulos não binários (IDOETA, 1984). A Figura 13 contador Assíncrono.
Figura 5: Contador Assíncrono.
Fonte : IDOETA (1984).
	A principal característica de um contador de pulso e representar o código BCD 8421. Seu circuito básico apresenta um grupo básico de 4 flip-flop JK mestre-escravo os quais possui as entradas J=K=1, (IDOETA, 1984). A Figura 14 demostra um diagrama de estado.
Figura 6 : Diagrama de estado
Fonte : IDOETA (1984).
4.2 Contadores Síncronos 
	
	Neste tipo de contador todos os flip-flop são liberados na mesmo instante, pois estes contadores possuem as entradas de clock curto-circuitadas, ou seja, o clock aciona todos os flip-flop simultaneamente. A indicação da contagem pode ser obtida diretamente das saídas dos flip-flop ou através de circuitos combinacionais. O número de flip-flop necessários para cada contador depende do modulo do contador apartar da seguinte expressão: 2 n−1 ≤ M ≤ 2 n, onde n e o número de flip-flop. Para estudarmos os contadores síncronos devemos sempre escrever a tabela verdade, estudando assim quais devem ser as entradas J e K dos vários flip-flop e que estes assumam o estágio seguinte (IDOETA, 1984). Para isso devemos lembrar então da Tabela verdade do JK de Figura 7.
Figura 7: Tabela verdade do JK
Fonte : IDOETA (1984)
O contador síncrono tem sua contagem especificada através de um diagrama de transição de acordo a Figura 8, apresentado na figura abaixo, que indica qual é o estado futuro a ser atingido pelo contador quando é aplicado um pulso de Glock.
				Figura 8: Diagrama de estados 
Fonte: TOCCI (2011).
4.2.1 O Mapa de Karnaugh
Método gráfico usado para simplificar uma equação lógica ou converter uma tabela verdade no seu circuito lógico correspondente. Estudaremos sua aplicação para problemas com até 5 entradas.
 	Acima disso, os mapas se tornam muito complicados, sendo melhor fazer a análise por meio de programas de computador e simplificar o mapa transição de estados através dos mapas de karnaugh de acordo com Figura 9.
Figura 9 :Exemplo de mapa de karnaugh.
Fonte: Google imagem (2020).
5. MATERIAL E METODO
	
 5.1 DESCRISÃO DO ESPERIMENTO CONTADOR SINCRONO
	Nesta experiência, foi projetado um contador síncrono de 3 bits, com Flip Flops do tipo J-K, sequencia 0, 3, 1, 4, 7, assim como mostrado na Figura 10.
Figura 10: Diagrama de estados do flip flop JK.
Fonte: O Autor (2020).
	
	Aproposita realizada de cordo com os objetivos que o professor solicitou, logo entende-se importância do diagrama de estado, para determinar quais serão seus estados futuro e pode realizar a coleta de informações aplicando a na tabela verdade e de transição. A Figura 11 demostra a tabela verdade do flip flops JK.
Figura 11: Tabela verdade Flip Flops JK
Fonte: Adotada pelo o IDOETA (1984)
	A montagem do contador síncrono e necessita de uma tabela de transição de estados entre o estado presente e o futuro das entradas e saída, por isso e muito importante para pré-montagem laboraria realizar esse procedimento para se determina quais serão as portas , entradas e saída do contador síncrono, vale lembrar que a tabela de transição observe a Figura 12. 
Figura 12: Demostra a tabela de Transição de estados.
Fonte: O Autor (2020).
	Apenas depois de montar a tabela de transição das entradas e saída, e necessário simplificar a tabela de transição pois através da simplificação com o mapa de Karnaugh e que se pode montara o circuito, inicialmente solicitado pelo professor para realizar a simulação, para conciliar a teoria com a pratica. Observa inicialmente a simplificação para o Mapa de Karnaugh de acordo coma Figura 13.
	Figura 13: Simplificam da tabela de transição utilizando Mapa Karnaugh
	
Fonte: O Autor (2020).
	A simulação realizara a contagem da forma na qual foi escolhido a sequencia do contador síncrono. A Figura 14, demostrar simulação do contador síncrono no multsim, onde o simulador vai seguindo a sequencia de entrada disponibiliza pelos o autores e proposto pelo professor.
6. PRATICA LABORATORIAL 
	
	No laboratório com a planta em mãos com o detalhamento dos flip flops e das portas logicas, como foram estabelecidos por todo nosso desenvolvimento, no decorrer de cada procedimento realizado, sendo assim até presente momento passamos por três passos para chegar aula pratica; 
	a) Especifique a sequência de estados do contador e desenhe o diagrama de estados. 
	b) Obtenha a tabela de transição a partir do diagrama de estados. 
	c) Para cada linha de ativação, obtenha uma expressão a partir do diagrama de estados. Para modelos pequenos, como os estudados no nosso curso, isso pode ser feito por meio de mapas de Karnaugh.
	O próximo passo agora começa a montagem do experimento para isso e realizado a escolha do material.
6.1 MATERIAL DO EXPERIMENTO
	1. Protoboard – 2 um;
	2. CI 74HC08- 1 un;
	3. CI 74HC32 – 1 un; 
	4. CI 74HC74 – 2 un;
	5. Jumpers – Vários;
	6. Bancada didática de Exsto para eletrônica Digital.
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	Após identificar cada componente do experimento, disponibilizado no laboratório começou a montagem.
4º Passo: 
	Com projeto em mãos utilizamos as informações para instalação, verifica-se a montagem está correta e deixando as ligações de entradas para conectar a bancada didática, ou seja, deixando o GND, VCC, Sinal de transição e as entradas das portas todas para plugar na bancada didática observe a Figura 23.
Figura 23: Montagem do experimento.
Flip Flop “D” 2 un. 7474
Porta Logica 74HC32, 74HC08.
				Fonte: O PRÓPRIO AUTOR (2020).
	Depois de conferir o circuito encontramos os nossos erros e efetuamos toda montagem novamente até encontrar as falhas evitar porem ao realizar novo testes foi se aperfeiçoando o circuito até funcionamento final.
Figura 24: Banda didática ligações das entradas do contador síncrono e saída.
Fonte: O PRÓPRIO AUTOR (2020).
A importância deste trabalho serviu para aprofundamento no tema de contadores utilizando flip-flop D, compreendendo melhor o uso desse flip-flop em conjunto com circuitos combinacionais, além da prática dos conhecimentos adquiridos em sala de aula e permitindo interação entre a simulação e conteúdo exposto em sala vinculado a pratica demostra assim as várias faces da eletrônica digital.
7. CONCLUSÃO
	Tal atividade proporcionou uma abordagem dinâmica e precisa de como realizar um projeto de maneira a seguir de corretamente o esquema proposto pelo professor para que o mesmo seja concluído com êxito. 
	Deste modo, é de fundamental está atento no procedimento de montagem do experimento, para o caso de o correr algum erro, este seja corrigido com rapidez e eficiência. Esta equipe pode ter uma clara noção da importância do item citado por conta do problema apresentado. Todavia, a atividade teve fundamental importância no a aprendizado de como elaborar um projeto prático, importância essa dada pelos ensinamentos adquiridos na maneira com que se deve obedecer o procedimento correto como: testar o material a ser utilizado , criar um passo a passo, realizar as ligações sempre estando atento a possíveis falhas de conexão e por fim, conferir toda a montagem. 
	Após o final de um exercício prático como este e relacionando-o aos ensinamentos teóricos obtidos em sala de aula juntamente o s adquiridos na prática, principalmente com os erros ou na busca dos mesmos, o aluno torna-se muito mais capaz e encorajado a realizar toda e qualquer prática que vier a ocorrer, seja na instituição de ensino ou até mesmo quando estiver inserido no mercado de trabalho.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CIRCUITOS, DIGITAIS Disponível em >> https://www.gta.ufrj.br/ensino/EEL480/Roteiro-2o-relatorio.pdf >> em 21 novembro de 2020.
FLOYD, Thomas L. Sistemas Digitais: Fundamentos e Aplicações. Editora Bookman, 9a Edição, 2007.
IDOETA, I. V.; CAPUANO, F. G. Elementos de Eletrônica Digital. [S.l.]: Editora Erica, ´ 1984. 
IDOETA, I. V.; CAPUANO, F. G. Sistemas Digitais-Princípios e Aplicações. [S.l.]: Editora Erica, ´ 1984.
MECAWEB, Seu Portal de Aprendizagem de Mecatrônica na Internet 2019.Introdução a Circuito Sequencial Disponível em <<http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_flip_flop > 21 de novembro de 2020.
REIS, Fabio dos. Introdução aos Flip-flops e Lógica Sequencial.2017 < http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/eletronica-digital/introducao-aos-flip-flops-e-logica-sequencial/ > Acesso em 22 de novembro de 2020.
SILVEIRA, Daniel D. Circuitos Lógicos Análise e Projeto de Contadores Síncronos Disponível em < https://www.ufjf.br/daniel_silveira/files/2011/06/aula_9.pdf> Acesso em 22 de novembro de 2020.
TOCCI, R.J.; WIDMER, N. S., Sistemas Digitais - Princípios e Aplicações Pearson, 11ª. ed. 2011.