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 ".

R S Q Q' 0 0 armazenado 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 não 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 ".

D E Q Q' 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 armazenado 1 1 armazenado 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

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: Q segue S e Q ' segue R.
• R e S são iguais a 0: o último resultado de Q e Q' é armazenado.

R S     Q Q' 0 0 não definido 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 armazenado 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 ...?

A diferença entre uma trava RS com portas NOR e NAND pode ser encontrada nas entradas R e S. Ao inverter as entradas, você converte a trava RS.

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

R S Q Q' 0 0 armazenado 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 não 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.

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

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.

Q Q' 1 0 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

Experimento 2 - Feedback - Memorização de informações

Uma das características mais importantes dos computadores é o armazenamento de informações. A lógica booleana oferece soluções. No entanto, para isso, você precisa de um novo conceito: o feedback.

Porta OR com feedback.

Considere novamente uma porta OR . No diagrama mostrado, o resultado Q é conectado à entrada da mesma porta. Isso é chamado de feedback . Inicialmente, esse circuito lógico se comporta normalmente... Se A = 0, então Q = 0 se, e somente se, o valor de Q já tivesse sido 0 . Transforma A = 1 , então Q = 1 .

Circuito de uma porta OR com feedback. ( Ampliar )

Até aqui tudo bem. Mas agora algo novo acontece. Você não pode mais influenciar o resultado de Q . Não importa qual valor você coloque na entrada A , o resultado continua Q = 1 ... Uma porta OU com feedback armazena se alguma vez foi A = 1. Com o circuito mostrado você constrói esta "unidade de armazenamento" . Depois de entender o princípio do feedback, você pode passar para circuitos com uso mais prático... © Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

Experimento 11 - Comparação de portas básicas com portas NOR e NAND

Como você construiu as portas básicas com portas NOR e portas NAND? Aqui você compara os diagramas de circuito e consegue ver algumas similaridades.

Porta NOT

Diagrama de circuito porta NOT com porta NOR .

Diagrama de circuito porta NOT com porta NAND .

Porta OR e AND

Diagrama de circuito Porta OR com portas NOR .

Diagrama de circuito Porta AND com portas AND .

Até agora os diagramas de circuito não o surpreendem? No entanto, eles são um resultado direto da álgebra booleana e são causados ​​pela chamada lei da idempotência e da dupla negação .

Porta AND e OR

Diagrama de circuito Porta AND com portas NOR .

Diagrama de circuito Porta OR com portas NAND .

Porta XNOR e XOR

Diagrama de circuito Porta XNOR com portas NOR .

Diagrama de circuito Porta XOR com portas NAND .

Essas duas últimas comparações, no entanto, são impressionantes. Elas também são um resultado direto da álgebra booleana . Aqui, a lei mais importante da álgebra booleana, as leis de De Morgan , entra em jogo.

Para desenvolvedores de blocos de módulos lógicos e chips de computador, as leis de De Morgan são essenciais . Para entender o porquê, você deve dar uma olhada no tema "Álgebra booleana" .

O circuito de portas lógicas com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_02 Portas lógicas com NAND IC4011. 

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

Experimento 10 - Lógica com portas NAND

No experimento 8, você viu como construir as sete portas básicas usando apenas portas NOR. Como você constrói todas as portas básicas usando apenas portas NAND? Aqui você descobre.

Tudo o que você precisa é do C-MOS IC 4011 com suas quatro portas NAND .

1. Porta NÃO

Um circuito NOT com portas NAND . ( Ampliar )

Diagrama de circuito porta NOT com porta NAND .

2. Porta NAND

Já estamos trabalhando com portas NAND , o circuito portanto é trivial. A porta NAND resulta da combinação de uma porta AND e NOT . Você reconhece na tabela verdade o resultado negado de uma porta AND .

Símbolo NAND em diagramas de circuitos.

Um circuito NAND . ( Ampliar )

3. Porta AND

Um circuito AND com portas NAND . ( Ampliar )

Diagrama de circuito Porta AND com portas NAND .

4. Porta OR

Um circuito OR com portas NAND . ( Ampliar )

Diagrama de circuito Porta OR com porta NAND .

5. Porta NOR

Diagrama de circuito Porta NOR com porta NAND .

Para obter uma porta NOR , você só precisa adicionar uma porta NOT na saída da porta OR.

6. Porta XOR

Um circuito XOR com portas NAND . ( Ampliar )

Diagrama de circuito Porta XOR com porta NAND .

7. Porta XNOR

Diagrama de circuito Porta XNOR com porta NAND .

Para obter uma porta XNOR , você precisa adicionar novamente uma porta NOT na saída da porta XOR . Este circuito você não pode construir, pois o C-MOS IC 4011 fornece apenas quatro portas NAND, sendo necessário dois IC 4011.

Mas certamente ficou claro que você pode realmente construir todas as portas apenas utilizando portas NAND .

O circuito de portas lógicas ID, AND, OR e NAND com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_01 Portas lógicas com NAND IC4011. 

O circuito de portas lógicas NOR e XOR com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_02 Portas lógicas com NAND IC4011. 

O circuito de portas lógicas XNOR e NOT com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_03 Portas lógicas com NAND IC4011. 

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

Experimento 9 - Lógica com portas NOR

 Após a discussão de portas básicas, você provavelmente ficará surpreso ao saber que pode construir todas as portas e, portanto, todas as funções da eletrônica digital somente com portas NOR ou NAND. Nos experimentos a seguir, você constrói as sete portas básicas somente com portas NOR.

Tudo o que você precisa é do C-MOS IC 4001 com suas quatro portas NOR .

1. Porta NOT

Um circuito NOT com portas NOR . ( Ampliar )

Diagrama de circuito porta NOT com porta NOR .

2. Porta NOR

Já estamos trabalhando com portas NOR , o circuito portanto é trivial.

Símbolo NOR em diagramas de circuitos.

Um circuito NOR . ( Ampliar )

Com o circuito mostrado e o C-MOS 4001 você pode construir o circuito NOR

3. Porta OR

Um circuito OR com portas NOR . ( Ampliar )

Diagrama de circuito Porta OR com portas NOR .

Invertendo a entrada do circuito mostrado C-MOS 4001 você pode construir o circuito OR

4. Porta AND

Um circuito AND com portas NOR . ( Ampliar )

Diagrama de circuito Porta AND com portas NOR .

5. A porta NAND

Diagrama de circuito Porta NAND com portas NOR .

Para obter uma porta NAND , você só precisa adicionar uma porta NOT na saída da sua porta AND mostrada anteriormente.

6. A porta XNOR

Um circuito XNOR com portas NOR . ( Ampliar )

Diagrama de circuito Porta XNOR com portas NOR .

7. A porta XOR

Diagrama de circuito Porta XOR com portas NOR .

Para obter uma porta XOR , você precisa adicionar novamente uma porta NOT na saída da porta XNOR . Este circuito você não pode mais construir, porque o C-MOS IC 4001 fornece apenas quatro portas NOR . Mas certamente ficou claro que você pode realmente construir todas as portas apenas com portas NOR .

Com portas NAND você também pode construir todas as sete portas básicas. Mas falaremos mais sobre isso depois (Saiba mais...).

Mas chega de portas básicas por enquanto...

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