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Universidade Federal do ABC
Prof. Rodrigo Reina Muñoz
rodrigo.munoz@ufabc.edu.br
Aula 11: Considerações Gerais e Aplicações Flip-Flop
Entradas Assíncronas
Temporização em Flip-Flops
Tempos de Setup (preparação) e Hold (manutenção)Tempos que devem ser mantidos nas entradas dos FFs relativos ao sinal do relógio para garantir resposta adequada.
Tempo de setup, ts. Tempo em que o
sinal de controle do FF tem de ser mantido no nível adequado (alto ou baixo) antes da ocorrência do sinal de relógio.
Tempo de hold, tH. Tempo em que o
sinal de controle do FF tem de ser mantido no nível adequado (alto ou baixo) depois da ocorrência do sinal de relógio.
Temporização em Flip-Flops
Atrasos de propagação.• FFs não respondem de forma instantânea.
• Atraso é medido a partir do instante em que o sinal de acionamento é aplicado até o instante em que a saída comuta de estado.
• Atraso é medido entre os pontos correspondentes ao 50% da amplitude das formas de onda de entrada e saída.
• tpLH e tpHL não necessariamente são iguais, e dependem do número de
Temporização em Flip-Flops
Frequência máxima de relógio, fmax. Maior frequência que pode ser
aplicada no sinal de relógio em um FF, mantendo ainda um disparo confiável.
Tempos de duração do pulso de relógio.
tW(L). Tempo mínimo que o sinal CLK deve permanecer em estado baixo
antes de ir para o estado alto.
tW(H). Tempo mínimo que o sinal CLK deve permanecer em estado alto antes de ir
Sincronização de Flip-Flops
Entrada A, sendo assíncrona pode causar estreitamento de pulsos.
Pela ação do FF, disparado na borda de descida do relógio, a saída x terá pulsos completos.
Armazenamento e Transferência de Dados
FFs são usados especialmente em operações de armazenamento e transferência de dados.
Registrador. Agrupamento de FFs, utilizados para a manipulação e
armazenamento de dados.
• Em um registrador, os dados podem ser tratados de forma serial ou paralela.
Modo Serial: A informação é recebida ou transmitida bit a bit em uma
única linha.
I3 1 I2 0 I1 1
Armazenamento e Transferência de Dados
Modo Paralelo: Todos os bits da informação são recebidos ou
transmitidos simultaneamente.
I3 1 I2 0 I1 1 I0 0
Armazenamento e Transferência de Dados
• O número de bits armazenado é função do número de FFs.
• Nos registradores que utilizam entrada/saída serial, os dados se deslocam internamente e, portanto, estes são chamados de registradores de
deslocamento.
clock
.
.
.
.
Entrada série
Q0 Q1 Q2 Q3
Armazenamento e Transferência de Dados
•
O primeiro FF sincroniza o sinal com a borda do relógio.
•
Este tipo de ligação desloca a informação para a direita
a cada borda de subida do relógio.
•
Os deslocadores de deslocamento podem ter larguras
diferentes (4, 8, 10, 20 bits), sendo que a largura reflete
o número de FFs utilizados.
Registrador Paralelo - Série
Armazenamento e Transferência de Dados
D PR Q CL Q CK D PR Q CL Q CK D PR Q CL Q CK D PR Q CL Q CK X clock clear
.
Q0.
Q1.
Q2.
Q3 enable I0 I1 I2 I3 -Clear = 0 Q0, Q1, Q2, Q3 = 0- Enable = 1 PR´= IN´ Q0 = I0, Q1 = I1, Q2 = I2, Q3 = I3.
- Inicialmente Q3 = I3, sendo que após o primeiro pulso Q3 = I2; após o segundo pulso, Q3 = I1, e após o terceiro pulso, Q3 = I0.
Armazenamento e Transferência de Dados
Armazenamento e Transferência de Dados
Transferência serial entre registradoresDivisão de frequência e Contagem
-Cada FF tem suas entradas J e K em nível lógico 1.
- Os pulsos de relógio são
aplicado apenas na entrada CLK do FF Q0.
- As saídas dos FFs servem como a entrada de relógio de FFs subsequentes.
Divisão de frequência e Contagem
Eventos importantes na divisão de frequência:- O FF Q0 comuta na borda de descida de cada pulso de relógio. Dessa forma, a forma de onda de saída de Q0 é a metade da frequência dos pulsos de relógio.
- O FF Q1 comuta cada vez que a saída de Q0 vai do nível alto para o nível baixo. Dessa forma, a forma de onda de saída de Q1 é a metade da frequência da saída Q0, e portanto, um quarto da frequência de relógio.
- Q2 comuta de estado cada vez que a saída de Q1 vai do nível alto para o nível baixo. Dessa forma, Q2 tem a metade da frequência da saída Q1, e portanto, um oitavo da frequência de relógio.
• Cada FF divide a frequência do sinal de sua entrada por 2.
• Com N FFs, se tem uma frequência de saída de 1/2N da frequência
Divisão de frequência e Contagem
Operação de Contagem:Observando o diagrama de tempo da figura, pode ser visto que o divisor de frequência funciona também como um contador binário.
- Após o primeiro pulso (borda de descida), os FFs passam para o estado 001 (110).
Divisão de frequência e Contagem
Diagrama de Transição de Estados:Outra forma de ver a mudança dos estados dos FFs a cada pulso de relógio é pelo uso de um diagrama de transição de estados.
- Cada círculo representa um estado possível.
-Cada seta representa a ocorrência de um pulso de relógio.
Módulo do contador. O módulo do
contador corresponde ao número de estados.
O diagrama da figura tem 8 estados e tem portanto, módulo 8 (23).
Dispositivos Schmitt-Trigger
Dispositivo que exibe características de memória.
Útil para eliminar flutuações espúrias de sinais com transições lentas (fig. A), permitindo obter transições livres de oscilações (fig. (b).
Multivibrador monoestável
• O circuito monoestável, a diferencia de um FF só tem um estado estável (normalmente Q = 0, Q´= 1).
• A saída permanece nesse estado até que seja disparado por um sinal de entrada.
• Uma vez disparado, a saída comuta para o estado oposto (Q = 1, Q´= 0).
Esse estado é denominado de estado quase estável.
• A saída permanece no estado quase-estável por um período de tempo tp, determinado por uma constante de tempo RC.
• O resistor e o capacitor que determinam a constante de tempo são elementos externos conectados ao monoestável.
• Transcorrido o tempo tp, a saída retorna a seu estado de repouso até a ocorrência de um novo pulso.
• Há dois tipos disponíveis comercialmente, o monoestável não
Multivibrador monoestável
Monoestável não-redisparável.-As bordas positivas em a, b, c, d, e f disparam o monoestável durante o tempo tp.
- Observe que as bordas em d e f não tem efeito sobre o monoestável.
- A duração do pulso do
monoestável é sempre a
mesma pois depende da
Multivibrador monoestável
Monoestável redisparável.- Funciona de forma similar ao monoestável não-redisparável, exceto pelo fato de poder ser redisparado enquanto está no estado quase estável.
- No caso de ser redisparado, recomeça a contagem de um novo intervalo de tempo tp.
tp = 2 ms
Na parte (b) da figura, o monoestável re-disparável inicia a temporização de um novo intervalo
tp a cada pulso de disparo recebido.
Multivibrador monoestável
Circuitos Geradores de Relógio
•Circuitos geradores de relógio podem ser obtidos usando outro tipo de multivibrador conhecido como multivibrador astável. A saída nesses dispositivos oscila entre dois estados instáveis.
• Encontram aplicação tipicamente na geração do sinal de relógio para circuitos digitais síncronos.
• O temporizador 555 é um dispositivo que pode ser usado como multivibrador astável.
- Sua saída é uma onda retangular repetitiva.
-O intervalo de tempo em cada nível é determinado pelos valores de R e C.
- o núcleo do 555 é composto por dois comparadores de tensão e um FF S-R.
