capítulo 3 circuitos lógicos seqüenciais: flip-flops ...exercícios de projeto de contadores...
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– Capítulo 3 –Circuitos lógicos seqüenciais: flip-flops,
latches, contadores e registradores
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• Circuitos combinacionais x sequenciais
• Elemento básico: FLIP-FLOP (FF)
– Armazena informação (reter estado)
– Características de memória do FF
Introdução
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• CASO 1:
LATCH
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• CASO 2:
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• CASO 3:
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• Resumindo o LATCH NAND e NOR:
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Flip-Flops e clock• Uso de clock para atualizar as saídas
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• FF S-R:
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• Tempo de setup (ts): entrada de controle deve ser mantida em nível adequado durante um tempo Ts que precede borda de subida clock (5 a 50ns)
• Tempo de hold (th): tempo após transição ativa do clock onde entrada deve ser mantida constante (0 a 10ns)
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• Circuito interno do FF S-R disparado por borda
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FF J-K
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FF D com clock
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LATCH D (transparente)
• Não opera por borda
• Exemplo:
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Entradas assíncronas
• Entradas de controle ou síncronas: S, R, J, K e D
• Entradas assíncronas/sobreposição– PRESET (PRE/SET) e CLEAR (CLR/RESET)
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• Exemplo:
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Algumas aplicações
• Detecção de uma seqüência de entrada
• Transferência serial entre registradores• Exemplo: considerar X = 101
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• Divisão de freqüência e contagem:
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• Diagrama de transição de estados
– Descrever, analisar e projetar contadores e circuitos seqüenciais
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Multivibrador monoestável
• Apenas uma saída estável: Q=0 e Qbar=1
• Outro estado tem tempo limitado
• Monoestável não-redisparável e redisparável
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• Monoestável redisparável:
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tH e tL não podem ser iguais
Para conseguir ciclo de trabalho próx. 50%, faz-se RB >> RA
Para permitir ciclo trabalho < 50%, o capacitor carrega-se apenas por RA e descarrega apenas por RB
Circuitos geradores de clock
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Cristal de QUARTZO• Freqüências mais precisas (temperatura, envelhecimento, etc)
• 1-80 MHz
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Exercícios:
[5.46] Projete um oscilador astável para gerar uma onda aproximadamente quadrada de 40 KHz
[5.47] Um oscilador 555 pode ser combinado com um FF JK para gerar uma onda quadrada perfeita. Modifique o circuito do problema anterior para incluir um FF JK
[5.48] Usando o 555 produza uma forma de onda de 5KHz e ciclo de trabalho 10%. Escolha resistores menores que 100k.
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Contadores assíncronos (ondulantes)
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• Atraso de propagação contadores assíncronos
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• Exemplo 2:
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Contadores síncronos (paralelos)
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• Contador síncrono básico
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Contadores de módulo <2N
• Altera a seqüência de estados (pula estados) usando porta NAND
– Módulo 6 (000 -> 101)
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• Spike ou glitch
• Freqüência de saída e ciclo de trabalho
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• Diagrama de transição de estados
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• Máquina de estados
– Exemplo:
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Exemplo: determine o módulo dos contadores e afreqüência de saída D
Exercício: projete um contador paralelo com módulo 10(decádico/BCD) e saída de freqüência de 100 kHz
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Contadores síncronos decrescentes• Decrescente: usar as saídas invertidas dos FFs para controlar
as entradas JKs
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• Crescentes/decrescente com controle
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Contadores com carga paralela• Inicializados com qualquer contagem inicial desejada
(presettable)
– Tipos: assíncrona e síncrona
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CI´s de contadores
• Permitem carga paralela (LOAD+CLK)
• ENT+ENP = habilitação de contagem
• ENT deve estar em alto para que RCO indique último estado
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• Exemplo 1:
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• Exemplo 2:
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• Série 74xx190-191– Controle da habilitação da contagem: CTEN deve estar baixo
– Sentido contagem: D/U
– MIN/MAX: detecta estado terminal
– RCO só funciona quando CTEN está em baixo e só entra em baixo quando clock também estiver em baixo
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• Resumindo os contadores síncronos...
– 74160: mod 10
– 74161: mod 16
– 74162: mod 10
– 74163: mod 16
– 74190: mod 10
– 74191: mod 16
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Clear assíncrono
Clear síncrono
Cresc./decresc.
Carga síncrona
Carga assíncrona
74ALS160-163
*
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• Exemplo 1:
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Exercícios CI´s contadores:
a) [7.22] Consultado o circuito abaixo, responda:a.1) Desenhe o diagrama de transição de estados
a.2) Determine o módulo do contador
a.3) Qual relação da freqüência de saída do MSB com o clock de entrada ?
a.4) Qual o ciclo de trabalho de forma de onda da saída do MSB?
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b) [7.28] Projete um contador binário de módulo 100usando 2 74160 ou 74162 e todas as portasnecessárias. Os CIs contadores devem ser conectadosem cascata sincronamente para produzir umaseqüência de contagem BCD de 0 a 99. O módulo 100deve ter duas entradas de controle, uma habilitaçãode controle (EN) em nível ativo-alto e um load (LD)síncrono, ativo-alto.
c) [7.34] Projete um circuito divisor de freqüência queproduza as três seguintes freqüências de sinal deentrada: 1MHz, 800 kHz e 100 kHz. Use os contadores74160, 74161 e todas as portas necessárias. Afreqüência de entrada é 12 MHz
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Analisando contadores síncronos
• Contadores com FF sem entradas assíncronas não geram estados temporários
• Tabela de estado ATUAL/PRÓXIMO
– Exemplo:
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46
CKJ
AKJ
CK
B.AJ
AA
BB
C
C
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– Diagrama de transição de estados do exemplo:
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Exercícios de análise contadores síncronos:
[7.40] Analise o contador síncrono abaixo e obtenha seu diagrama de transição de estado é seu módulo.
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Projeto de contadores síncronos
• Quando ocorrer o próximo pulso de clock, as entradas J e K deverão estar nos níveis corretos para fazer com que o FF mude pro estado desejado
• Tabela de excitação JK
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• Procedimentos de projeto:
1) Determine o número de FFs e a seqüência de contagem desejada
Exemplo:
2) Desenhar o diagrama de transição de estados mostrando todos os estados possíveis Autocorretor ?
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3) Use o diagrama para montar a tabela que liste todos os estados ATUAIS e PRÓXIMOS
4) Acrescente uma coluna na tabela anterior indicando os níveis exigidos em cada entrada JK para produzir a transição para o PRÓXIMO estado
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5) Projetar os circuitos lógicos necessários para gerar os níveis requeridos em cada entrada JK
6) Implementar as expressões finais
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Exercícios de projeto de contadores síncronos:
a) [7.43*] Projete um contador síncrono usando FFs JKque tenha a seguinte seqüência: 000,010,101,110 erepete. Os estados indesejáveis 001, 011, 100 e 111têm de levar o contador sempre para 000 no próximopulso de clock
b) [7.46] Projete um contador crescente/decrescentesíncrono, auto-reciclável, de módulo 7 com FFs JK. Useos estados de 000 a 110 no contador. Controle osentido de contagem com a entrada D (D=0 paracontagem crescente e D=1 para contagemdecrescente)
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CIs de Registradores
• Registradores de deslocamento
– Classificados na forma como os dados entram e saem:
• Entrada paralela e saída paralela
• Entrada serial e saída serial
• Entrada paralela e saída serial
• Entrada serial e saída paralela
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Entrada paralela e saída paralela – 74HC174
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Entrada e saída serial - 74HC166• Entrada de dados seriais em SER (saída QH)
• Clear assíncrono ativo-baixo
• Dados paralelos podem ser carregados sincronamente nele SH/LD = 0 -> entradas A à H)
• As funções de deslocamento serial e carga paralela são desabilitadas aplicando-se CLK INH = 1.
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Entrada paralela e saída serial – 74HC165
– Entrada paralela (P7 a P0) quanto serial (Ds)
– CP: entrada de clock
– CP INH: inibição de clock e anula CP
– SH/LD: operação que está sendo realizada:• Deslocando (síncrono) ou carregando paralelamente (assíncrono)
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Entrada serial e saída paralela - 74HC164
- É um registrador de deslocamento de 8 bits
- Um porta AND combina A e B para produzir a entrada serial para o FF Q0
- Deslocamento acontece na borda de subida CP
- MR é um reset assíncrono
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Contadores com registradores de deslocamento
• Usam a realimentação: saída do último FF é ligada ao primeiro FF
• TIPO 1: em anel ou “registrador de deslocamento circular”
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• Partida para inicialização do contador em anel
– Um dos FF´s deve ser ‘setado’ e os demais resetados
• TIPO 2: Contador Johnson ou anel torcido
– Saída invertida que realimenta o circuito
– Módulo igual a 2*N
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