segunda-feira, 30 de setembro de 2002

Experimento 9 - Conversão de Flip-Flops D

Agora você conheceu todas as quatro classes de flip-flops e suas diferenças. Neste ponto, você pode se surpreender ao saber que você realmente precisa de apenas uma classe. Todas as outras classes, você pode criar por conversão.

Suponha que você tenha apenas um flip-flop D disponível.

1. Flip-Flop RS

Circuito de um Flip-Flop RS construído com um Flip-Flop D.

2. Flip-Flop JK

Circuito de um Flip-Flop JK construído com um Flip-Flop D.

3. Flip-Flop T

Circuito de um Flip-Flop T construído com um Flip-Flop D.

Na verdade, essa conversão de um flip-flop D em outras classes de flip-flop não é apenas um exercício no papel. No desenvolvimento de circuitos integrados e chips de computador, flip-flops tipo D são usados ​​principalmente, que são então convertidos nos flip-flops desejados usando portas lógicas.


Mas chega de flip-flop individuais ...

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

sexta-feira, 27 de setembro de 2002

Experimento 8 - Flip-Flop Toggle com Clock (T-Clock)

 Em eletrônica digital, fala-se de quatro classes de flip-flops. Até agora você conheceu três classes. A última classe é o chamado flip-flop T.

O flip-flop T tem ao lado da entrada Clk também a entrada T ou Toggle ...

  • Enquanto T estiver definido como 1 , o flip-flop alterna em cada borda ascendente de Clk entre os resultados.
  • Se T = 0 , o resultado é armazenado.

Símbolo T Flip-Flop em um Diagrama de Circuito.

Circuito de um Flip-Flop T. ( Ampliar )

Isso provavelmente soa familiar para você. Lembre-se do flip-flop JK do último experimento...

  • Se J = K = 1 , o flip-flop muda em cada borda ascendente de Clk entre os resultados.
  • Se J = K = 0 , o resultado é armazenado.

Então você só precisa garantir que J seja sempre o mesmo que K. A maneira mais fácil é conectar o botão T às entradas J e K.

Portanto, você pode usar o circuito flip-flop JK do último experimento.

O flip-flop T, cujo símbolo e tabela-verdade são mostrados na figura ao lado é disparado na borda de descida do clock e possui apenas uma entrada de controle síncrona, a entrada T, que representa a palavra Toggle (troca). Quando ocorre uma borda de descida do clock, a saída Q inverte seu valor lógico presente na saida Q, se a entrada T estiver ativada (1), caso t seja 0 a saída manterá seu valor.

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

segunda-feira, 23 de setembro de 2002

Experimento 7 - Flip-flop JK com Clock (JK-Clock)

 Latches com um sinal de clock não necessariamente alternam todos ao mesmo tempo. Tudo o que você precisa são latches, que alternam em um ponto específico, por exemplo, bordas. Você consegue isso pelos chamados circuitos mestre-escravo.

Quando você aplica o sinal de clock à entrada E de um flip-flop, você certamente notou uma coisa. O tempo em que o sinal é 1 , é relativamente longo. Pode realmente acontecer que o flip-flop aberto mude de estado várias vezes dentro de um ciclo de clock.

Sinal de relógio.

Seria vantajoso se o flip-flop mudasse seu estado apenas em uma borda, quando o sinal de clock mudasse de 0 para 1 ou vice-versa.

Abaixo, um circuito mestre-escravo (JK) é mostrado. Ele resulta em um flip-flop disparado por borda com as entradas D e Clk (para CLOCK ). Este novo flip-flop muda de estado somente em uma borda ascendente .

Circuito Mestre-Escravo para um Flip-Flop acionado por borda.

 

Observação...

Assim que uma trava é acionada por borda, os circuitos são chamados de flip-flops .

A partir de agora todos os experimentos serão em torno de flip-flops .

Uma explicação de como exatamente um circuito mestre-escravo funciona vai longe demais neste ponto. No entanto, você também pode construir outros circuitos mestre-escravo resultando em uma comutação flip-flop acionada por borda em bordas decrescentes .

Agora é hora de experimentar flip-flops acionados por borda.

 Até agora você conheceu duas classes de flip-flops: o RS e o D flip-flop. A maior diferença entre eles é o número de entradas e como você alterna entre os estados. Aqui você aprenderá sobre uma nova classe de flip-flops: o JK flip-flop.

O flip-flop JK é muito similar ao flip-flop RS . A entrada J se comporta como a entrada S , a entrada K como a entrada R. A única diferença é quando J e K simultaneamente mudam para 1. Em um flip-flop RS o resultado neste caso não é definido.

Em um flip-flop JK , por outro lado, quando J e K são ambos iguais a 1 , o resultado muda para cada pulso Clk .

Você pode descobrir isso por si mesmo. Use o C-MOS IC 4027 , no qual você encontra um flip-flop JK pré-programado...

Símbolo JK Flip-Flop em Diagramas de Circuito.

Circuito de um Flip-Flop JK . ( Ampliar )

Tabela verdade JK com Clock.
O flip-flop J-K na figura ao lado é disparado por borda de subida do sinal de clock e possui as entradas J e K que controlam o estado lógico do flip-flop. O modo de comutação (toggle mode) ocorre quando J = K = 1, fazendo com que o flip-flop mude para o estado lógico oposto no instante da borda de subida do sinal de clock. A tabela-verdade para esse flip-flop é a mesma do flip-flop S-R com clock, exceto para a condição J = K = 1, onde Q = Q0 e a saída Q terá seu valor invertido. 

No próximo experimento, você aprenderá sobre outra classe de flip-flop .

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023


quinta-feira, 19 de setembro de 2002

Experimento 6 - Flip-flop Data com porta Enable (D-E Latch)

Você se lembra do latch RS do experimento anterior? O resultado do latch RS não é definido quando as entradas R e S saltam simultaneamente para 1. Com um truque simples você torna isso impossível. No entanto, isso tem consequências.

Com uma porta NOT simples você previne que R e S troquem simultaneamente para 1 . O diagrama do circuito mostra como. Agora o antigo sinal de entrada R é sempre o oposto da antiga entrada S e você fica com uma única entrada, que é renomeada para D (para " DATA ").

Diagrama de circuito D Trava.

Símbolo D Trava em diagramas de circuito.

Lembra da tabela verdade para o latch RS do experimento anterio? Com ​​o latch D você previne não apenas o estado indefinido ( R =1, S =1 ), mas também a condição na qual o último resultado é armazenado ( R =0, S =0 ).

Circuito de uma trava D. ( Ampliar )

Na verdade, a trava D perdeu sua memória. Q sempre segue D !

Convença-se com o circuito mostrado.

No próximo experimento, você devolve a memória ao circuito.


ENABLE é adicionado ao latch D , como mostrado no diagrama do circuito. Semelhante ao latch RS-E no experimento 4, ele muda o comportamento do latch...

Diagrama de circuito com trava em D.

Símbolo de trava D no diagrama de circuito.

  • Enquanto E = 0 , a trava está aberta e você alterna entre os dois resultados usando D.
  • Assim que E = 1 , você fecha a trava e o último resultado é armazenado. Agora a entrada D não influencia mais o resultado........ até que E volte para 0 .

Circuito de uma trava D com portão . ( Ampliar )

Experimente fazer isso algumas vezes com o circuito mostrado.

Embora você tenha introduzido a entrada E como uma medida paliativa, a partir de agora ela desempenha um papel central . No próximo experimento, você começa a entender o porquê.

Para conseguir isso você precisa de duas coisas...

  • um sinal síncrono e
  • uma trava, que altera seu resultado somente em um ponto específico no tempo.

O papel de um sinal síncrono é assumido pelo sinal de clock. Ele alterna em intervalos periódicos entre os estados 0 e 1 ...

Sinal de relógio.

ciclo de clock é o tempo de uma transição de 0 para 1 para o próximo. A taxa de clock ou frequência é o número de ciclos por segundo e é medida em Hertz (Hz) .

Agora, se você conectar o sinal de clock à entrada E , o latch é aberto e fechado periodicamente. E se você conectar vários latch ao mesmo sinal de clock, eles são abertos e fechados sincronizadamente .

Na próxima etapa, você aprenderá o que é uma trava acionada por borda .

O C-MOS IC 4013 contém dois flip-flops D acionados por borda .

Com o circuito mostrado, você conhece um flip-flop D disparado por borda . Você não usa um sinal de clock apropriado, no entanto, um interruptor de botão de pressão Clk ) pode ilustrar o princípio tão bem.

Símbolo D Flip-Flop acionado por borda em diagramas de circuitos.

Circuito de um flip-flop D. Neste circuito você conecta as entradas não utilizadas R e S (Pin 8,10) a 0V usando o resistor R1. ( Ampliar )

Com o botão de pressão D , você controla a entrada D dos flip-flops. O flip-flop comuta no momento preciso em que você aperta o botão de pressão Clk . O sinal Clk salta de 0 para 1 na borda ascendente. Em todas as outras situações, o flip-flop permanece fechado.

Tabela verdade D com Clock.
O flip-flop D, cujo símbolo e tabela-verdade são mostrados na figura ao lado é disparado na borda de subida do clock e possui apenas uma entrada de controle síncrona, a entrada D, que representa a palavra data (dado). Quando ocorre uma borda de subida do clock, a saída Q assume o mesmo valor lógico presente na entrada D. 

Além do flip-flop D , existem mais classes de flip-flops...

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

domingo, 15 de setembro de 2002

Experimento 5 - Flip-flop Reset-Set com porta Enable (RS-E Latch)

O conceito de feedback não é apenas um jogo mental. Ele forma a base para uma classe inteira de circuitos, travas e, finalmente, flip-flop.

Considere o circuito mostrado, construído com portas NOR . Este é um circuito latch clássico . Por causa de sua funcionalidade, ele é chamado de RS latch , onde R significa " RESET " e S significa " SET ".

RSQQ'
00armazenado
0110
1001
11não definido

Tabela verdade RS Latch.

Diagrama de circuito RS Latch.

Devido ao feedback, uma tabela verdade incomum é produzida...

  • Se R e S não são iguais Q segue S e Q' segue R.
  • Se R e S forem iguais a 0 , o circuito armazena os últimos resultados de Q e Q'.

Circuito de uma trava RS . ( Ampliar )

Ao configurar o circuito, isso se tornará mais evidente para você. Ao conectar a bateria, Q ou Q' acenderá. Isso é determinado pelo acaso.

Suponha que Q esteja aceso, você pode usar o interruptor de botão R para alternar os LEDs acesos: Q' acende e Q apaga. Com S você alterna tudo de volta.

Se você soltar ambos os botões, o circuito armazena qual botão você pressionou por último... Ou R ( Q' =1, Q =0) ou S ( Q =1, Q' =0). Tente isso por algum tempo.

Para deixar ainda mais claro como as travas armazenam informações, você expande a trava RS no último experimento.

Agora, você expande seu latch RS. Dessa forma, você altera o comportamento e, portanto, a lógica do latch. Isso ajuda você a entender como armazenar informações com lógica booleana.

Considere o diagrama de circuito mostrado. Você reconhece a trava RS e a extensão. A extensão evita o estado indefinido ( R =1, S =1). Além disso, as entradas são renomeadas para D e E , onde D significa " DATA " e E para " ENABLE ".

DEQQ'
0001
1010
01armazenado
11armazenado

Tabela verdade DE Latch.

Diagrama de circuito DE Latch.

A tabela verdade também mudou...

  • Se E for definido como 0 , você pode usar D para alternar livremente entre Q e Q' ... Q segue D. Q' mostra o resultado oposto.
  • Se E for colocado em 1 , o circuito armazena o último valor de Q e Q' .

Circuito de uma trava DE . ( Ampliar )

Imagine agora, você quer armazenar um pedaço de informação ( D ) . Para isso, você troca E para 0 , você insere a informação usando D e coloca E de volta para 1 . Agora sua informação está armazenada.

Os flip-flops são muito versáteis e podem ser encontrados em uma variedade de aplicações digitais . Mas mais sobre isso em outros tópicos.

Por enquanto este foi o último experimento sobre este tópico...

Tabela verdade RS com Clock.
A figura ao lado ilustra o símbolo lógico para um flip-flop RS que é acionado na borda de subida do sinal de clock. Essa condição implica que o estado do flip-flop só pode mudar quando a entrada de clock transita de 0 para 1. As entradas S e R controlam o estado do flip-flop.

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

quarta-feira, 11 de setembro de 2002

Experimento 4 - Flip-flop RS com Porta NAND

Você pode construir uma trava RS com portas NAND...

Analogamente ao Experimento 1, você obtém a tabela verdade de portas NAND com feedback. Ela mostra diferenças da tabela verdade com portas NOR...

  • R e S não são iguais: segue S e Q ' segue R.
  • R e S são iguais a 0: o último resultado de Q e Q' é armazenado.
RS    QQ'
00não definido
0110
1001
11armazenado

Tabela verdade RS latch com portas NAND.

Quando R = S = 0, o resultado não é definido . Você pode observar isso facilmente quando conecta a bateria e nenhum botão de pressão é pressionado.

Diagrama de circuito de uma trava RS com portas NAND.

Circuito RS latch com portas NAND. ( Ampliar )

Você pode obter a tabela verdade da trava RS com portas NOR invertendo as entradas R e S na trava RS com porta NAND ...?

Considere o circuito mostrado. Usando um C-MOS4069 você inverte as entradas R e S ...

Diagrama de circuito de uma trava RS com portas NAND e entradas invertidas.

Circuito RS latch com portas NAND e entradas invertidas. ( Ampliar )

Você percebe facilmente que agora você obteve a tabela verdade de uma trava RS...

Nota : Também as entradas R e S são trocadas. No entanto, isso não tem consequências práticas

RSQQ'
00armazenado
0110
1001
11não definido

Tabela verdade RS latch com portas NAND e entradas invertidas.

Trava RS

Um latch RS com portas NAND tem uma lógica negativa . As entradas são invertidas em relação ao latch RS com portas NOR.

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sexta-feira, 6 de setembro de 2002

Experimento 3 - Multivibrador Astável - Flip-Flop

Flip-flops são encontrados em uma ampla variedade de aplicações. Flip-flops simples são usados ​​em quase todos os eletrodomésticos e muitas outras aplicações cotidianas.
Você certamente conhece máquinas de lavar com dois botões para duas temperaturas de lavagem diferentes. Se você pressionar um botão, todas as cargas seguintes serão lavadas com uma temperatura. Se você pressionar o outro botão, as cargas serão lavadas com a outra temperatura. A lógica por trás disso é exatamente a de uma trava RS !
Também em outras situações cotidianas flip-flops são usados. Pense em um controle de semáforo ou controle de elevador . E, finalmente, flip-flops são usados ​​em computadores modernos em grande número.

Considere o diagrama de circuito contendo duas portas NOR. Você percebe que ele tem duas saídas Q e Q' , que podem assumir dois estados...

Diagrama de circuito multivibrador biestável.

QQ'
10
0

1

Possíveis estados de Q e Q' .

Um multivibrador biestável alterna entre os dois estados (daí a parte bi-). Se o multivibrador encontrar um resultado, ele permanece estável . Somente usando as entradas R e S você alterna o multivibrador. Esse comportamento se aplica a todas as travas e flip-flops.

Circuito multivibrador biestável. ( Ampliar )

Com o circuito mostrado, fica mais evidente como ele funciona...

Quando você conecta a bateria, Q ou Q' acende. Isso é determinado por acaso.

Depois disso, você pode alternar entre os dois resultados usando R e S. Experimente fazer isso para entender seu comportamento.

Esta já é o primeiro flip-flop (trava) que você construiu.


Nos experimentos subsequentes, você aprenderá sobre flip-flops e as duas aplicações mais importantes : o contador e o registrador de deslocamento .

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023