Lab6 - Flip-Flops

Prévia do material em texto

ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO 
 
 
 
 
 
ELETRÔNICA DIGITAL COMPUTACIONAL 1 - 
LABORATÓRIO 
 
 
 
Exp. Nº6 
CONTADORES ASSÍNCRONOS 
 
 
 
Turmas: CP204LPIN2 
 
 
Felipe Eiji Maruyama - 171150 
 
 
 
Professor: Rafael R. da Paz 
 
 
 
 
Sorocaba / SP 
05/05/21
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
2 
 
Sumário 
1. OBJETIVO ........................................................................................................................... 5 
2. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5 
3. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................ 6 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .............................................................................. 7 
5. ANÁLISE DE DADOS ....................................................................................................... 8 
6. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 11 
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 12 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
3 
 
Lista de Figuras 
Figura 1 - Contador assíncrono de módulo 8 ........................................................... 6 
Figura 2 - Circuito do contador assíncrono de módulo 16 ...................................... 7 
Figura 3 - Circuito do contador assíncrono de módulo 10 ...................................... 8 
Figura 4 - Circuito contador assíncrono módulo 16 no Logisim ............................. 8 
Figura 5 - Circuito contador assíncrono módulo 10 no Logisim ............................. 9 
Figura 6 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 16 ................. 10 
Figura 7 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 10 ................. 11 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
4 
 
Lista de Tabelas 
Tabela 1 - Tabela de contagem do contador assíncrono módulo 16 ...................... 9 
Tabela 2 - Tabela de contagem do contador assíncrono módulo 10 ...................... 9 
 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
5 
 
1. OBJETIVO 
 
• Projetar contadores assíncronos utilizando flip-flops; 
• Verificar o funcionamento dos contadores assíncronos; 
 
2. INTRODUÇÃO 
 
Quando um grupo de flip-flops são conectados em conjunto para que 
possam armazenar informações relacionadas, podem ser então chamados de 
registradores. Alguns tipos de registradores podem ser utilizados para contar 
pulsos, e são conhecidos como contadores. Um contador assíncrono ou 
contador serial é um circuito onde os pulsos são aplicados em uma ponta do 
contador e o processo de adicionar cada pulso precisa ser completado antes que 
o ‘carry bit’ seja propagado para a próxima etapa do circuito devido ao tempo de 
propagação existente nos componentes que caso não seja respeitado o circuito 
demonstrará comportamento indesejado. 
Os contadores podem ser classificados de acordo com seu módulo, que 
se refere a quantidade de estados possíveis que podem apresentar em uma 
contagem binária. 
Na figura 1 pode-se analisar a montagem de um contador assíncrono de 
módulo 8, onde também há a demonstração no gráfico do tempo de propagação 
existente no envio de informação entre os flip-flops. 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
6 
 
Figura 1 - Contador assíncrono de módulo 8 
 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
 
• 1 gerador de áudio; 
• 1 circuito Integrado 7400 ou 74LS00; 
• 2 circuitos Integrados 74HC73 ou 74HC112; 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
7 
 
• 20 fios (para uso em matriz de contatos); 
• 1 chave de borne; 
• Datasheets: sn7400.pdf, cd74hc73.pdf e cd74hc112.pdf. 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Para realizar este experimento foram montados dois circuitos, o primeiro 
circuito foi o de um contador assíncrono de módulo 16, e logo em seguida, 
utilizando o mesmo circuito, houve a complementação para torná-lo em um 
contador assíncrono de módulo 10. 
Para montar o contador assíncrono de módulo 16, foram utilizados dois 
circuitos integrados 74HC73. Dentro desses circuitos se encontram 2 flip-flops 
JK que foram utilizados para representar o estado de cada bit no contador de 16 
estados diferentes que foram representados por leds de 4 cores diferentes. 
Após a montagem do primeiro circuito, foi elaborado o diagrama de 
transição de estados e a tabela de contagem e feito o cálculo do maior atraso de 
propagação e a frequência máxima do contador. 
A montagem final pode ser analisada conforme a figura 2. 
Figura 2 - Circuito do contador assíncrono de módulo 16 
 
 
 
 
 
Para a montagem do circuito do contador assíncrono de módulo 10, 
utilizou-se o circuito integrado 7400 para fazer a lógica condicional para que 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
8 
 
quando o contador assíncrono atinja o estado 10, as portas de redefinição/reset 
dos flip flops sejam ativadas e a contagem volte para o estado 0. 
Após a montagem do segundo circuito, foi elaborado o diagrama de 
transição de estados e a tabela de contagem e feito o cálculo do maior atraso de 
propagação e a frequência máxima do contador. 
A montagem final pode ser analisada conforme a figura 3. 
Figura 3 - Circuito do contador assíncrono de módulo 10 
 
 
 
5. ANÁLISE DE DADOS 
Para melhor visualizar os circuitos montados, foi utilizado o software 
Logisim para desenhar os circuitos, que podem ser vistos nas figuras 4 e 5. 
 
Figura 4 - Circuito contador assíncrono módulo 16 no Logisim 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
9 
 
Figura 5 - Circuito contador assíncrono módulo 10 no Logisim 
 
As tabelas de contagens confeccionadas podem ser vistas nas tabelas 1 
e 2. 
 
Tabela 1 - Tabela de contagem do contador assíncrono módulo 16 
Led 
Azul(D) 
Led 
Verde(C) 
Led 
Amarelo(B) 
Led 
Vermelho(A) 
Representação 
Decimal 
0 0 0 0 0 
0 0 0 1 1 
0 0 1 0 2 
0 0 1 1 3 
0 1 0 0 4 
0 1 0 1 5 
0 1 1 0 6 
0 1 1 1 7 
1 0 0 0 8 
1 0 0 1 9 
1 0 1 0 10 
1 0 1 1 11 
1 1 0 0 12 
1 1 0 1 13 
1 1 1 0 14 
1 1 1 1 15 
 
Tabela 2 - Tabela de contagem do contador assíncrono módulo 10 
Led 
Azul(D) 
Led 
Verde(C) 
Led 
Amarelo(B) 
Led 
Vermelho(A) 
Representação 
Decimal 
0 0 0 0 0 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
10 
 
0 0 0 1 1 
0 0 1 0 2 
0 0 1 1 3 
0 1 0 0 4 
0 1 0 1 5 
0 1 1 0 6 
0 1 1 1 7 
1 0 0 0 8 
1 0 0 1 9 
 
As tabelas de contagens confeccionadas podem ser vistas nas tabelas 1 
e 2. 
 
Figura 6 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 16 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
11 
 
Figura 7 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 10 
 
Utilizando-se os datasheets fornecidos pelo fabricante, tem-se que o 
tempo de propagação 𝑡𝑝(𝐹𝐹𝐽𝐾) é de 13 𝑛𝑠. Como são utilizados 4 FFJKs, o 
atraso total é de 4 × 13 𝑛𝑠 ou 52 𝑛𝑠, portanto a frequência máxima de operação 
do circuito contador de módulo 16 é de: 
𝑓𝑚á𝑥 =
1
52𝑛𝑠
= 19,2𝑀𝐻𝑧 
Para o circuito contador de módulo 10, há a adição da porta NAND que 
possui um 𝑡𝑝𝐻𝐿(𝑁𝐴𝑁𝐷) de 11 𝑛𝑠 . Portanto para achar o atraso total, basta 
adicionar o valor do tempo de propagação da porta NAND ao atraso total do 
contador de módulo 16. 
𝐴𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝐶𝑜𝑛𝑡𝐴𝑠𝑠í𝑛𝑐𝑀𝑜𝑑10 = 51𝑛𝑠 + 11𝑛𝑠 = 63𝑛𝑠 
Que então nos retornará uma frequência máxima para operação de: 
𝑓𝑚á𝑥 =
1
63𝑛𝑠
= 15,9𝑀𝐻𝑧 
 
6. CONCLUSÕES 
 
Com o funcionamento dos flip-flops em conjunto, nos trazendo a 
possibilidade de aprofundar a complexidade dos dados representados pelo efeito 
memória, há a oportunidade de representações de muitos outros dados que em 
conjunto podem contribuir para o processamento de lógicas mais complexas e 
uma aritmética mais completa. 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
12 
 
Apesar das vantagens que os contadores assíncronos trazem, uma 
desvantagemé o limite imposto ao processamento que está relacionado ao 
tempo de propagação que aumenta a cada bit adicionado. Tal problema pode 
ser resolvido na utilização de contatores síncronos, porém são soluções mais 
complexas a serem arquiteturadas. 
 
REFERÊNCIAS 
Morris, Noel Malcolm., 1974. Digital electronic circuits and systems. 
1st ed. Macmillan International Higher Education.