Sistemas Digitais
Aula 5: Introdução aos Circuitos Sequenciais
Professor: Alair Dias Júnior
- Circuitos Sequenciais
- Latches
- SR
- D
- Flip-flops
- D
- SR
- JK
- Registradores
Circuitos Sequenciais
- Circuitos Sequenciais possuem memória
- A saída atual depende da entrada atual e das anteriores
- ou formalmente: $y_t = f(i_t, i_{t-1}, i_{t-2}, ...)$
- São criados adicionando-se elementos de memória aos circuitos combinacionais
- A solução requer memória
| Chama | Cancela | Luz |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | Anterior |
| 1 | 1 | ?? |
Como obter esse comportamento?
ATENÇÃO: Essa solução é muito utilizada em automação, mas não é normal em projeto de sistemas digitais.
Latches
Latches são elementos de memória que armazenam um bit de informação.
Existem vários tipos de Latches, cada um com características diferentes.
Latches não costumam ser utilizados em projetos digitais, mas formam a base para o entendimento dos flip-flops.
Utilizando duas portas NOR, é possível construir um latch.
Qual o problema do latch SR construído com portas NOR? Construa a tabela verdade.
| S | R | Q (Q') |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 0 (1) |
| 1 | 0 | 1 (0) |
| 0 | 0 | $Q_{t-1} ({Q'}_{t-1})$ |
| 1 | 1 | 0 (0) |
Quando as duas entradas forem 1, as saídas Q e Q' se tornam iguais a 0. Isso é uma violação de propriedade!
Utilizando duas portas NAND, também é possível construir um latch.
Qual o problema do latch SR construído com portas NOR? Construa a tabela verdade.
| S | R | Q (Q') |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 1 (0) |
| 1 | 0 | 0 (1) |
| 1 | 1 | $Q_{t-1} ({Q'}_{t-1})$ |
| 0 | 0 | 1 (1) |
Quando as duas entradas forem 0, as saídas Q e Q' se tornam iguais a 1. Isso é uma violação de propriedade!
O problema do Latch SR pode ser grave mesmo em circuitos onde idealmente não se tem S=R=1.
O tempo de propagação diferente pode fazer com que as duas entradas recebam o valor 1 momentaneamente.
Isto pode causar oscilações no circuito, que serão propagadas para os consumidores do sinal de saída.
Resolve o problema do Latch SR, simplificando a vida do projetista.
No Latch D não existem condições indesejáveis.
| EN | D | Q (Q') |
|---|---|---|
| 0 | X | $Q_{t-1} ({Q'}_{t-1})$ |
| 1 | 0 | 0 (1) |
| 1 | 1 | 1 (0) |
O Latch D é chamado de transparente porque quando a entrada EN está habilitada, a saída Q segue o valor da entrada D.
Flip-Flops
Flip-Flops também são elementos de memória que armazenam um bit de informação.
Diferentemente dos latches, Flip-Flops são sensíveis à borda do sinal.
Existem vários tipos de Flip-Flops, cada um com características diferentes.
Flip-Flops são muito utilizados em projetos digitais, por serem síncronos.
Um Flip-Flop D pode ser construído a partir de dois latches D.
Com esta configuração, a saída Q somente se altera na borda de subida do sinal de clock (clk).
Sendo sensíveis às bordas, os FFs D evitam que oscilações indesejáveis se propaguem pelo circuito.
O Flip-Flop SR tem o comportamento semelhante ao latch SR, porém é sensível à borda do clock.
| S | R | Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | $Q_{t-1}$ |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | ?? |
ATENÇÃO: A mudança só ocorre na borda correspondente do clock!
O Flip-Flop JK parece o Flip-Flop SR, porém com uma modificação quando as entradas são iguais a 1.
| J | K | Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | $Q_{t-1}$ |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | ${Q'}_{t-1}$ |
ATENÇÃO: A mudança só ocorre na borda correspondente do clock!
O Flip-Flop T é um Flip-Flop JK com as entradas conectadas ao mesmo sinal T.
| T | Q |
|---|---|
| 0 | $Q_{t-1}$ |
| 1 | ${Q'}_{t-1}$ |
ATENÇÃO: A mudança só ocorre na borda correspondente do clock!
Registradores
Registradores são utilizados para armazenar N bits. São construídos a partir de N Flip-Flops.
ATENÇÃO: São sensíveis à borda do clock!
Mostrador de temperatura com histórico.
Mostrador de temperatura com histórico.
ATENÇÃO: O período do clock é de 1 hora!