UFOPA – IEG – PC
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Circuitos
Sequenciais
Cássio D. B. Pinheiro
cassio.pinheiro@ufopa.edu.br
Objetivos
●
Apresentar as principais características e
aplicações dos circuitos Sequenciais;
●
Demonstrar ao alunos aspectos básicos
relacionado ao funcionamento dos circuitos
Sequenciais;
●
Explicar o princípio de funcionamento da logica
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Visao Geral do Conceito
●
Circuito Sequencial
– Além da sua entrada, a saída de um circuito
sequencial depende também do seu estado interno.
– A logica sequencial
possui memoria.
– Exemplos:
Visao Geral do Conceito
●
Definições Básica:
– Estado
● Conjunto de informações a cerca do circuito necessárias
para se prever o seu comportamento futuro.
– Latches e flip-flops
● Elementos de estado que armazenam um bit.
– Circuito Sequencil Síncrono
● Circuito combinacional e uma rede de memoria formada por
elementos de armazenamento, usualmente flip-flops;
● A rede de memoria define o estado atual da máquina de
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Latches
●
Dispositivos de armazenamento temporário que
tem dois estados estáveis (biestáveis).
●
Latches e Flip-Flops.
– Ambos sao dispositivos biestáveis;
– Podem permanecer em um dos estados usando uma
configuraçao de realimentaçao, onde as saídas sao ligadas as entradas opostas;
– A principal diferença é o método usado para a
Latches
●
Latch RS
– As saídas das portas, em condições normais, estao
sempre em níveis logicos inversos.
– Existem duas entradas:
● SET que define Q para
o estado 1;
● CLEAR (ou RESET)
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Latches
●
Latch RS
– As entradas estao normalmente em repouso no estado
ALTO, e uma delas é pulsada em nível baixo sempre que se deseja alterar as saídas do latch.
– Inicialmente, se SET = RESET = 1, pode-se levar a
Latches
●
Latch RS
– A entrada SET é momentaneamente pulsada em nível
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Latches
●
Latch RS
Latches
●
Latch – Exemplo de Aplicaçao
– Com uma chave mecanica a
trepidaçao de contato (contact bounce) torna praticamente
impossível obter uma transiçao de tensao “limpa”.
– As multiplas transições no sinal
nao duram mais do que poucos mili segundos, mas podem ser inaceitáveis em algumas
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Latches
●
Latch RS Síncrono ou Controlado
– No latches RS nao há controle sobre as entradas.
● Quando os bits R e S chegam ao latch, sao processadas
imediatamente, sem nenhum tipo de controle.
● O circuito pode ser modificado, introduzindo-se uma entrada
Latches
●
Latch RS com Enable
– RS Síncrono com Entradas Diretas;
– Na transiçao de R=S=1 para R=S=0, apresenta estado
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Latches
●
Latch D ou Transparente
– O latch R-S síncrono nao consegue evitar o estado de
oscilaçao quando os atrasos forem iguais na transiçao de R=S=1 para R=S=0.
● Um inversor entre as entradas R e S, as
torna complementares, fazendo com que o circuito atue na regiao normal de operaçao.
● A entrada comum das portas que
implementam o circuito
direcionador é denominada entrada de habilitaçao
Latches
●
Latch D
– Definiçao de entradas da entrada de habilitaçao.
● Se EN = 1, a saída Q será igual a entrada D (transparente). ● Se EN = 0, a saída Q nao será modificada (guarda o ultimo
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Latches
●
Latch D
– Um exemplo de comportamento de um latch D para as
Flip-Flops
●
Latches controlados D e RS sao ativados pelo
nível logico do sinal de controle.
– Enquanto o sinal de controle estiver ativando o latch,
as variações das entradas D ou R e S serao percebidas e este poderá mudar de estado.
– Essa característica é impropria para a construçao de
circuitos sequenciais síncronos, já que nestes,
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Flip-Flops
●
Sao circuitos derivados dos latches, porém
ativados pela transiçao do sinal de controle.
– Eles permanecem ativados apenas durante um
intervalo de tempo muito pequeno:
● Apos a ocorrencia de uma transiçao do sinal de controle.
● Uma eventual troca de estado so pode ocorrer durante esse
intervalo de tempo.
– Entre duas transições sucessivas do mesmo tipo (ou
Flip-Flops
●
Sao dispositivos que possuem duas saídas
complementares (Q e Q), uma ou duas variáveis
de entrada, uma entrada de sincronizaçao - Clock
(CK), e em muitos casos, entradas de pré-seleçao
de saída: Preset, PR e Clear (CLR).
– Dependendo do projeto, um flip-flop pode ser
disparado pela transiçao de subida ou pela transiçao de descida do clock.
– Eles sao disparados pela borda (subida ou descida),
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Flip-Flops
●
Flip-Flop SR Síncrono
– O valor logico das saídas Q e Q definem o estado
(SET ou RESET) do flip-flop.
– A açao da entrada de Clock é habilitar (CL=1) ou
Flip-Flops
●
Flip-Flop D
– O valor logico da entrada de dados D é transferido
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Flip-Flops
●
Flip-Flop JK (Edge-Triggered)
– JK gatilhado na transiçao de sinal clock
(edge-triggered).
Flip-Flops
●
Flip-Flop JK (Edge-Triggered)
– Funciona de forma muito semelhante ao SR, com a
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Flip-Flops
●
Flip-Flop JK (Master-Slave)
– Formado por dois latches, um mestre e um escravo.
– Possui a mesma tabela do JK (edge-triggered), mas
com convenções de tempos tn e tn+1 diferentes.
● J
n, Kn e Qn correspondem aos valores de J, K e Q no tempo imediatamente anterior a subida do pulso.
● Q
Flip-Flops
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Flip-Flops
●
Aplicações
– Sincronizaçao usando Flip-Flops.
Flip-Flops
●
Aplicações
– Sincronizaçao usando Flip-Flops.
● Um flip-flop D disparado por transiçao negativa é usado para
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Flip-Flops
●
Aplicações
– Detecçao de uma Sequencia de Entrada.
● Um flip-flop JK é usado para responder a uma determinada
Registradores de Deslocamento
●
Comumente usados no armazenamento de
informações com mais de 1 bit.
●
Constituídos de flip-flops D ou JK Mestre-Escravo
encadeados onde a saída do anterior é ligada
diretamente na saída do posterior.
●
Aplicações:
– Conversao de dados em série para paralelo e
vice-versa;
– Operações aritméticas (divisao e multiplicaçao por 2);
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Registradores de Deslocamento
●
Registradores
– Conjunto de elementos de memoria (flip-flops ou
latches) usados para armazenar n bits.
– Usam um unico sinal de clock ou um unico sinal de
habilitaçao.
– Elementos de memoria usados para armazenar
Registradores de Deslocamento
●
Deslocador
– Usado para mover um conjunto de bits de uma ou
mais posições para a esquerda ou direita.
– Podem ser inseridos '0's para as posições que ficam
vagas a medida que os bits sao deslocados.
● 00111001 << 11100100 (multiplicaçao por 4) ● 00111001 > 00011100 (divisao por 2)
– O bit de sinal (bit mais a esquerda) é replicado quando
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Registradores de Deslocamento
●
O Registrador de Deslocamento
– Composto por uma série de Latches ou Flip-Flops
Registradores de Deslocamento
●
O Registrador de Deslocamento
– Exemplos de Aplicações:
● ULAs de processadores.
– Registradores a esquerda, direita e
em anel.
● Conversao série para paralelo e
vice-versa.
● Armazenamento de sequencia de
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Registradores de Deslocamento
●
O Registrador de Deslocamento
– Exemplo de
Contadores
●
Circuito digital que evolui sob o comando de um
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Contadores
●
Sao usados principalmente para contagens,
geraçao de palavras, divisao de frequencias,
mediçao de frequencia e tempo.
●
Sao basicamente divididos em duas categorias:
– Assíncronos - Sao mais lentos pois a saída de um
flip-flop dispara uma mudança no flip-flip-flop seguinte.
– Síncronos - O estado de todos os flip-flops sao
Contadores
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Contadores
Contadores
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