Circuitos Lógicos Sequenciais
Flip-Flops
A figura a seguir mostra um diagrama em blocos de um sistema digital geral, que reúne portas lógicas combinacionais com dispositivos de memória.
O elemento de memória mais importante é o flip-flop (FF), composto por um conjunto de portas lógicas. O conceito de realimentação é aplicado sobre um conjunto de portas lógicas de modo a permitir que executem a funcionalidade de armazenamento de informacão. Isso é feito conectando determinadas saídas de porta de volta às entradas de porta apropriadas.
A figura a seguir mostra um tipo de símbolo genérico usado para representar um flip-flop e ele é composto da seguinte forma:
- Saída : chamada de saída normal
- Saída : chamada de saída invertida
- Estado ALTO ou SET: quando
- Estado BAIXO, CLEAR ou RESET: quando
O conceito de "estado" é importante porque insere o fator tempo nos modelos de circuitos. Isso será visto mais adiante.
Flip-Flop com portas NAND
O Flip-Flop com portas NAND também é chamado latch com portas NAND ou simplesmente latch e sua composição é ilustrada pela figura a seguir.
As duas portas NAND são interligadas de modo cruzado, de modo que a saída da NAND#1 é conectada a uma das entradas da NAND#2 e vice-versa.
As entradas SET e RESET funcionam assim:
- quando SET = RESET = 1 então o FF está em repouso, podendo estar no estado ALTO ou no estado BAIXO
- SET e RESET são pulsadas exclusivamente (recebem pulso) em estado BAIXO para alterar a saída do FF
- quando SET = 0 então o FF vai para estado ALTO ()
- quando RESET = 0 então o FF vai para o estado BAIXO ()
Portanto, o estado atual da saída depende do que aconteceu anteriormente nas entrada. Isso explica porque é necessário entender a influência do tempo na formulação desse tipo de circuito lógico.
A partir do estado atual do circuito, podem ser executadas as operações:
- SETAR o FF: SET = 0
- RESETAR o FF: RESET = 0
- SETAR e RESETAR simultaneamente o FF: SET = RESET = 0
As duas primeiras operações são aceitas. Entretanto a última leva o FF ao estado indesejado, pois faria com que .
A figura a seguir mostra o FF NAND e sua tabela-verdade.
Flip-Flop com portas NOR
O Flip-Flop com portas NOR também é chamado latch com portas NOR e sua composição é ilustrada pela figura a seguir.
O funcionamento do FF NOR ocorre da seguinte forma:
- quando SET = RESET = 0 o FF está em repouso e não muda o valor de
- quando SET = 1, o FF vai para o estado ALTO
- quando RESET = 1, o FF vai para o estado BAIXO
- quando SET = RESET = 1, o FF vai para estado indesejado, pois tenta gerar
Utilizando a ferramenta WaveDrom (http://wavedrom.com) informe o código a seguir para gerar um diagrama de tempo do FF NOR. Verifique seu funcionamento.
{signal: [
{name: "SET", wave: "lhl....hl."},
{name: "RESET", wave: "l..hlhl..."},
{name: "Q", wave: "lh.l...h.."}
]}
Flip-Flop T (Toggle)
O Flip-Flop T (Toggle ou Alternador) é um tipo mais simples de FF que funciona da seguinte forma:
- Possui uma entrada e duas saídas e
- Se T = 1 então alterna (toggle) o valor de
A principal aplicação deste FF é em contadores.
Para ilustrar a aplicação do FF T acesse o seguinte circuito criado pela ferramenta Logic Lab: http://www.neuroproductions.be/logic-lab/index.php?id=71414.
Exercício:
a) Gere o diagrama de tempo das portas AND, OR e NOT.
b) Gere o diagrama de tempo do FF NAND
c) Gere o diagrama de tempo do FF T