Flip-Flops

Elementos de Memória e Circuitos Sequenciais

Autoria

Evandro Cantú / IFPR - Câmpus Foz do Iguaçu

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Elementos de memória são circuitos que permitem armazenar valores para uso posterior. O elemento de memória mais elementar é o flip-flop, o qual é comporto por um conjunto portas lógicas e é capaz de armazenar 1 bit.

Circuitos sequenciais são circuitos cujo nível lógico da(s) saída(s) depende da combinação dos níveis lógicos das entradas e também de elementos de memória. Além disto, os circuitos sequenciais geralmente operam de modo síncrono, cadenciados por sinais de relógio (ou pulsos de clock). Neste caso, os pulsos do clock determinam o momento em que as saídas podem mudar de estado.

Latch SR com portas NAND

Este é um dos mais simples circuitos de flip-flop, construído com portas NAND (ou também com portas NOR). Note na figura que, além das entradas, as saídas das portas NAND realimentam o circuito, dando a ele a característica de memória.

Símbolo:

As saídas do circuito são denominadas Q e /Q, e em condições normais, são sempre uma o inverso da outra.

O latch SR possui duas entradas: a entrada /Set que seta a saída Q para 1 e a entrada /Reset que reseta a saída Q para 0.

As entradas /Set e /Reset devem estar normalmente em estado ALTO (1), somente quando se deseja setar ou resetar a saída do latch, uma delas é pulsada ao estado BAIXO (0). Por serem ativo baixo, representamos estas entradas com a barra de negação.

Análise das saídas do latch SR com portas NAND

• Verifique que quando /Set=/Reset=1 há dois estados de saída possíveis e estáveis, tanto com Q=0 e /Q=1, como com Q=1 e /Q=0.
• Quando /Set=0 e /Reset=1 o latch é setado, fazendo com que Q=1 e /Q=0.
• Quando /Set=1 e /Reset=0 o latch é resetado, fazendo com que Q=0 e /Q=1.
• As entradas /Set=/Reset=0, simultaneamente, são proibidas.
• Verifique que, uma vez setado (ou resetado) o latch, ele mantém os dados armazenados na saída enquanto /Set=/Reset=1.

Video

Latch SR (vídeo em inglês)

Exercícios

Sobre o latch SR com portas NAND

1. Para a análise das saídas do latch SR, construa desenhos com os diversos estados possíveis para as entradas e saídas;
2. Construa a tabela verdade do latch SR;
3. Determine as formas de onda das saídas do latch SR, considerando que as formas de onda mostradas na figura sejam aplicadas nas entradas.

Pesquisa

Pesquise e analise o latch SR com portas NOR.

Sinais de clock

Os sinais de relógio (ou pulsos de clock) permitem que os circuitos digitais operem de modo síncrono. Neste caso, os pulsos do clock determinam o momento em que as saídas podem mudar de estado.

Os sinais de clock são geralmente ondas quadradas, com os níveis lógicos 0 e 1. A transição do clock de 0 para 1 é chamada transição positiva (borda de subida) e a transição de 1 para 0 é chamada transição negativa (borda de descida).

A sincronização dos circuitos digitais com o sinal de clock é realizada com o uso de flip-flop com clock, projetados para mudar de estado em uma das transições do clock.

A velocidade dos circuitos digitais síncronos vai depender da frequência dos pulsos de clock (f = 1 / T), a qual é medida em Hertz.

1 Hz = 1 ciclo/segundo
1 kHz = 1000 ciclos/segundo

Flip-flops com clock

Cada flip-flop tem uma entrada de clock, a qual normalmente é disparada pela borda (positiva ou negativa).

Normalmente, chama-se de latch os flip-flop sem clock disparado pela borda. Quando há presença de clock para sincronismo disparado pela borda, chama-se de flip-flop.

Flip-flop SR

Flip-flop SR com clock disparado pela borda de subida

Tabela verdade:

/Set	/Reset	CLK	Qn
1	1	^	Qn-1
0	1	^	0
1	0	^	1
0	0	^	Proibido

Obs:

^:Indica borda de subida do clock;

Q_n : Estado atual da saída;

Q_n-1 : Estado anterior da saída (mantém estado).

Exercício

Determine as formas de onda das saídas do flip-flop SR com clock disparado pela borda de subida, considerando que as formas de onda mostradas na figura sejam aplicadas nas entradas:

Flip-flop SR com clock disparado pela borda de descida

Flip-flop JK

Flip-flop JK clock disparado pela borda de subida

Há também flip-flop JK com clock disparado pela borda de descida

Tabela verdade:

J	K	CLK	Qn
0	0	^	Qn-1 (mantém)
1	0	^	1
0	1	^	0
1	1	^	/Qn-1 (comuta)

Flip-flop D

Flip-flop D com clock disparado pela borda de subida

Há também flip-flop D com clock disparado pela borda de descida

=

Tabela verdade:

D	CLK	Qn
0	^	0
1	^	1

Exercícios

• Determine as formas de onda das saídas do flip-flop JK com clock disparado pela borda de subida, considerando que as formas de onda mostradas na figura sejam aplicadas nas entradas:

Diagrama de tempo:

• Determine as formas de onda das saídas do flip-flop D com clock disparado pela borda de descida, considerando que as formas de onda mostradas na figura sejam aplicadas nas entradas:

Diagrama de tempo:

Referências

TOCCI, R.J.; WIDMER, N.S.; MOSS, G.L. Sistemas Digitais: princípios e aplicações, São Paulo: Pearson, 2011.

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