apostila cap.3

Curso de Lgica Sequencial Cap. 3: Circuitos Sequenciais I: Registradores | Prof. Marcelo Wendling

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CAPTULO 3 CIRCUITOS SEQUENCIAIS I: REGISTRADORES

Sumrio

3.1. Introduo ............................................................................................................................ 51

3.2. Transferncia Serial de Dados: Registradores de Deslocamento (Reg. ESSS) .................. 52

3.2.1. Transferncia Dados Registrador ................................................................................ 52

3.2.2. Transferncia Registrador Registrador ........................................................................ 56

3.2.3. Outros Registradores de Deslocamento ............................................................................ 57

3.3. Transferncia Paralela de Dados (Reg. EPSP) .................................................................... 58

3.3.1. Transferncia Dados Registrador ................................................................................ 58

3.3.2. Transferncia Registrador Registrador ........................................................................ 59

3.4. Transferncia Serial x Paralela ........................................................................................... 60

3.5. Configuraes Hbridas (Reg. ESSP e EPSS) ..................................................................... 61

3.5.1. Registrador ESSP ............................................................................................................ 61

3.5.2. Registrador EPSS ............................................................................................................ 61

3.6. Exerccios de Fixao ........................................................................................................... 64


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CAPTULO 3 CIRCUITOS SEQUENCIAIS I: REGISTRADORES

A partir de agora, estudaremos algumas aplicaes de flip-flops, ou elementos de memria,

em circuitos sequenciais. O primeiro estudo a ser realizado a de Circuitos Registradores, que

nada mais so que circuitos capazes de armazenar dados binrios.

Aps esse captulo voc dever ser capaz de:

(1) Entender o funcionamento de circuitos registradores e suas topologias;

(2) Projetar um registrador a partir das especificaes necessrias; e

(3) Entender basicamente a estrutura de sistemas de transmisso que utilizam registradores.


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3.1. Introduo

O uso mais comum de flip-flops no armazenamento de dados binrios, nmeros BCD, etc.

Esses dados so geralmente armazenados em grupos de flip-flops denominados registradores.

Basicamente, um registrador consiste em um grupo de FF tipo D que atua no

armazenamento de dados binrios, pois um FF tem a capacidade de armazenar somente um bit, e de

realizar a transferncia dele.

A figura 3.1 ilustra o uso de um FF tipo D no armazenamento de um dado de um bit:

Figura 3.1 Flip-flop tipo D utilizado no armazenamento de um bit.

Podemos observar que o valor lgico que est atualmente presente em A transferido para o

FF B na transio negativa do pulso transfer. Portanto, aps esta transio, a sada B ter o mesmo

valor de A.

Estudaremos apenas aplicaes envolvendo FF tipo D, porm outros FF podem ser

utilizados, desde que sejam analisadas suas caractersticas.


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3.2. Transferncia Serial de Dados: Registradores de Deslocamento (Reg. ESSS)

O grupo de FF organizado de modo que os nmeros binrios a serem armazenados sejam

deslocados de um FF para o FF seguinte, a cada pulso de clock, figura 3.2:

Figura 3.2 Esquema de armazenamento de um Reg. ESSS. (FLOYD)

3.2.1. Transferncia Dados Registrador

Consiste em inserir dados na entrada do registrador, respeitando o nmero de bits, e efetuar

o nmero de pulsos de clock necessrios para que todo o dado seja inserido no registrador. A figura

3.3 mostra um registrador ESSS de 4 bits, um FF para cada bit a ser armazenado.

Figura 3.3 Registrador ESSS de 4 bits.

Observe que os FF esto conectados de tal modo que o valor da sada X3 transferido para

X2, o de X2 transferido para X1 e o de X1 para X0. Isto significa que, quando ocorre uma transio

negativa do pulso de deslocamento, cada FF assume o valor armazenado anteriormente pelo FF que

est sua esquerda.

Exemplo: Possuindo o dado 1102, escreva a tabela verdade da transferncia de dados para o

registrador da figura abaixo, considerando que inicialmente ele foi limpo.


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CLK D1 D2 D3 Q1

(LSB) Q2

Q3

(MSB)

1 0 0 0 0 0

1 1 0 1 0 0

0 1 1 1 1 0

X 0 1 0 1 1

Dado 1102 armazenado no

registrador.

As figuras 3.4 e 3.5 apresentam o processo de armazenamento e transmisso do dado 10102

armazenado em um Reg. ESSS, respectivamente:


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Figura 3.4 Armazenamento do dado 10102 no Reg. ESSS. (FLOYD)


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Figura 3.5 Transmisso do dado 10102 armazenado anteriormente no Reg. ESSS. (FLOYD)


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3.2.2. Transferncia Registrador Registrador

A figura 3.6 mostra dois registradores de deslocamento de trs bits conectados de tal modo

que o contedo do registrador X seja transferido serialmente (deslocado) para o registrador Y.

Portanto, quando os pulsos de deslocamento so aplicados, a transferncia de informao ocorre da

seguinte forma: X2 X1 X0 Y2 Y1 Y0.

Figura 3.6 Registradores de ESSS conectados em srie.

Supondo que inicialmente temos o dado 1012 armazenado no registrador X e que o

registrador Y foi limpo, temos a tabela verdade da figura 3.7.

Figura 3.7 Tabela verdade do registrador da figura 3.3

A partir dessa tabela podemos concluir que:

- Na transio negativa de cada pulso, cada FF assume o valor que foi armazenado no FF

sua esquerda, antes da ocorrncia do pulso.


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- Aps 3 pulsos, todo o contedo presente no registrador X est presente no registrador Y,

portanto, a transferncia completa de 3 bits necessita de 3 pulsos de deslocamento.

Exemplo: Considerando os mesmos registradores X e Y anteriores, determine o que

ocorreria aps o sexto pulso de deslocamento aplicado a eles. Construa uma tabela verdade dessa

transferncia.

3.2.3. Outros Registradores de Deslocamento

Existem algumas aplicaes para os registradores de deslocamento, so elas o Registrador

de Deslocamento Circulante (RDC) e o Registrador Bi-Direcional (RBD).


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3.3. Transferncia Paralela de Dados (Reg. EPSP)

O grupo de FF organizado de maneira que o dado binrio a ser armazenado seja

transferido simultaneamente para todos os FF, com a aplicao de apenas 1 pulso de transferncia

ou clock, figura 3.8:

Figura 3.8 Esquema de um Reg. EPSP (FLOYD).

3.3.1. Transferncia Dados Registrador

Consiste em inserir o dado a ser armazenado diretamente na entrada do registrador,

efetuando-se 1 pulso de transferncia, como mostra a figura 3.9:

Figura 3.9 Registrador EPSP de 3 bits.

Podemos observar que aps 1 pulso de transferncia, temos todo o contedo foi armazenado

no registrador, pois todo o dado foi transferido simultaneamente.


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3.3.2. Transferncia Registrador Registrador

A figura 3.10 mostra dois registradores, X e Y, interligados para executar uma transferncia

paralela de dados, ou seja, aps a aplicao de 1 pulso de transferncia, todo o contedo de X

armazenado tambm em Y.

Figura 3.10 Registradores EPSP conectados em srie.

importante destacar que a transferncia paralela de dados entre registradores no altera o

contedo da fonte, enquanto na transferncia serial altera gradativamente o valor do registrador que

atua como fonte de dados.


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3.4. Transferncia Serial x Paralela

A escolha de um tipo particular de transferncia, serial ou paralela, depende da aplicao e

das especificaes fornecidas. Abaixo temos uma tabela comparativa, que mostra as duas principais

diferenas entre a transferncia paralela e serial de dados:

PARALELA SERIAL

1) Todas as informaes so transferidas

simultaneamente na ocorrncia de um nico

pulso de transferncia, no importando o

nmero de bits que estejam sendo transferidos

MAIOR VELOCIDADE.

1) A transferncia completa de N bits, necessita

de N pulsos de clock MENOR

VELOCIDADE.

2) Requer um maior nmero de conexes entre

TX e RX MAIOR CUSTO.

2) Necessita de apenas uma conexo entre TX e

RX MENOR CUSTO.

Geralmente, uma combinao dos dois tipos utilizada para tirar proveito da velocidade da

transferncia paralela e da economia e simplicidade da transmisso serial, e essa combinao

depende da aplicao e das especificaes fornecidas para o sistema, da surgem outros dois tipos

de registradores: Entrada Serial e Sada Paralela (ESSP) e Entrada Paralela e Sada Serial (EPSS),

que derivam das estruturas bsicas ESSS e EPSP estudadas anteriormente.


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3.5. Configuraes Hbridas (Reg. ESSP e EPSS)

3.5.1. Registrador ESSP

O prprio Registrador de Deslocamento (ESSS) pode ser utilizado para converter uma

informao srie em paralela, ou seja, funcionar como um conversor Srie Paralelo, bastando

retirar a informao armazenada no registrador de modo simultneo. A configurao bsica nessa

situao, para uma informao de 3 bits vista no circuito apresentado na figura 3.11:

Figura 3.11 Registrador ESSP.

3.5.2. Registrador EPSS

Para entrarmos com uma informao paralela e obt-la de modo serial, necessitamos de FF

que contenham as entradas Preset e Clear, pois atravs destas que fazemos com que o registrador

armazene a informao paralela. O registrador com estas entradas visto na figura 3.12:


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Figura 3.12 Registrador EPSS.

Primeiramente, vamos estudar o funcionamento da entrada ENABLE. Quando a entrada

ENABLE estiver em 0, as entradas PRE dos FF assumiro, respectivamente, nveis 1, fazendo com

que o registrador atue normalmente.

Quando a entrada ENABLE assumir valor igual a 1, as entradas PRE dos FF assumiro os

valores complementares das entradas paralelas conectadas elas, logo, os FF assumiro os valores

que estiverem, respectivamente nessas entradas. Para um melhor entendimento. Vamos analisar

uma clula do registrador, apresentada na figura 3.13:


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Figura 3.13 Clula do registrador EPSS.

Para que esse conversor funcione,

necessrio inicialmente um pulso de nvel 0 na

entrada CLEAR dos FF.

Com ENABLE = 0, a entrada PRE assumir

nvel 1 e o FF ir funcionar como um registrador

de deslocamento comum (ESSS).

Com ENABLE = 1 e Din = 0, PRE assumir

nvel 1, logo, a sada Q manter seu estado

anterior (que era 0).

Com ENABLE = 1 e Din = 1, PRE assumir

nvel 0, logo a sada Q assumir valor 1.

Aps essa anlise, conclumos que, se zerarmos o registrador e logo aps introduzirmos a

informao paralela, as sadas Q dos FF assumiro os valores inseridos respectivamente nessas

entradas.

Depois de inserida paralelamente essa informao, basta colocarmos ENABLE = 0

novamente e prosseguir como um registrador de deslocamento comum.

Com esse conjunto obtivemos um registrador com Entrada Paralela e Sada Serial (EPSS).


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3.6. Exerccios de Fixao

1) Implemente um registrador ESSS de 4 bits com reset automtico.

2) Implemente um registrador EPSP de 4 bits com reset automtico ao ser ligado e reset

controlado por uma varivel externa.

3) Implemente um registrador EPSS de 3 bits e explique o processo de armazenamento de

dados paralelos nesse tipo de registrador.

4) Implemente um registrador ESSS de 1 byte, sendo o dgito mais significativo armazenado

no ltimo flip-flop. Construa a tabela verdade de armazenamento para a palavra A7h.

5) Cite a diferena entre transmisso serial e paralela de dados.

6) Implemente um registrador de 6 bits, ESSS, que possui o dado X na entrada do primeiro

flip-flop e indique o valor armazenado (em funo de X) aps 4 pulsos de clock, sabendo

que ele foi previamente limpo e que o primeiro flip-flop armazena o dgito menos

significativo.

7) Implemente um registrador bi-direcional de 4 bits.

8) Implemente o sistema de armazenamento e transmisso abaixo:


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9) Analisando o circuito a seguir, a partir do momento em que ele ligado, construa uma

tabela verdade contendo 6 pulsos de clock e explique o que ocorre matematicamente com as

sadas a cada pulso de clock.

10) Em certo sistema de armazenamento e transmisso de dados, necessita-se combinar os tipos

de transmisso e armazenamento segundo o diagrama de blocos abaixo. Implemente esse

sistema.

apostila cap.3

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