aula 14: aplicações de flip-flops - circuitos digitais

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  • Aula 14: Aplicaes de Flip-flopsCircuitos Digitais

    Rodrigo Hausen

    CMCC UFABC

    15 de maro de 2013

    http://compscinet.org/circuitos

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 1 / 24

    http://compscinet.org/circuitos

  • Relembrando: Flip-flop S-R

    Flip-flop S-R sensvel borda de descida do clock (borda negativa)

    Q

    QR

    SEn

    Q

    QR

    SEn

    Q

    Q

    S

    RCk =

    Q

    QR

    SCk

    S R Ck Qi0 0 ? Qi1 (mantem Q)0 1 10 0 (reset Q)1 0 10 1 (set Q)1 1 10 X (proibido)

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 2 / 24

  • Relembrando: Flip-flop S-R

    Flip-flop S-R sensvel borda de subida do clock (borda positiva)

    Q

    Q

    S

    R

    Ck

    Q

    QR

    SEn

    Q

    QR

    SEn =

    Q

    QR

    SCk

    S R Ck Qi0 0 ? Qi1 (mantem Q)0 1 01 0 (reset Q)1 0 01 1 (set Q)1 1 01 X (proibido)

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 3 / 24

  • Relembrando: Flip-flop D

    Flip-flop D sensvel borda de descida.

    Q

    QR

    SCk

    D

    Ck =Q

    Q

    DCk

    D Ck Qi0 10 0 (reset = armazena 0)1 10 1 (set = armazena 1)

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 4 / 24

  • Relembrando: Flip-flop J-K

    J

    KCk

    Q

    Q =

    Q

    QK

    JCk

    J K Ck Qi Qi

    0 0 ? Qi1 Qi1 (mantem)0 1 10 0 1 (kill = reset)1 0 10 1 0 (jump = set)1 1 10 Qi1 Qi1 (inverte)

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 5 / 24

  • Flip-flops: Aplicaes

    Contador de 3 bits:

    Q

    QK

    JCk

    Q

    QK

    JCk

    Q

    QK

    JCkCk

    '1' '1' '1'

    a0 a1 a2

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 6 / 24

  • Flip-flops: Aplicaes

    Problema: Faa um contador de 0 at 5.

    Estados de a2, a1, a0, respectivamente:000, 001, 010, 011, 100, 101, 000, . . .

    Como fazer com que todas as sadas Q dos flip-flops J-K tornem-se 0antes da transio 111000 dos estados das sadas?

    Precisamos alterar o flip-flop J-K para que possamos zerar Qindependentemente de detectarmos uma borda do clock. Para isso,precisamos voltar ao latch S-R com enable.

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 7 / 24

  • Flip-flops: Aplicaes

    Problema: Faa um contador de 0 at 5.

    Estados de a2, a1, a0, respectivamente:000, 001, 010, 011, 100, 101, 000, . . .

    Como fazer com que todas as sadas Q dos flip-flops J-K tornem-se 0antes da transio 111000 dos estados das sadas?

    Precisamos alterar o flip-flop J-K para que possamos zerar Qindependentemente de detectarmos uma borda do clock. Para isso,precisamos voltar ao latch S-R com enable.

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 7 / 24

  • Flip-flops: Aplicaes

    Problema: Faa um contador de 0 at 5.

    Estados de a2, a1, a0, respectivamente:000, 001, 010, 011, 100, 101, 000, . . .

    Como fazer com que todas as sadas Q dos flip-flops J-K tornem-se 0antes da transio 111000 dos estados das sadas?

    Precisamos alterar o flip-flop J-K para que possamos zerar Qindependentemente de detectarmos uma borda do clock. Para isso,precisamos voltar ao latch S-R com enable.

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 7 / 24

  • Flip-flops: Aplicaes

    Problema: Faa um contador de 0 at 5.

    Estados de a2, a1, a0, respectivamente:000, 001, 010, 011, 100, 101, 000, . . .

    Como fazer com que todas as sadas Q dos flip-flops J-K tornem-se 0antes da transio 111000 dos estados das sadas?

    Precisamos alterar o flip-flop J-K para que possamos zerar Qindependentemente de detectarmos uma borda do clock. Para isso,precisamos voltar ao latch S-R com enable.

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 7 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e Clear

    Problema: latch S-R s responde s entradas S e R quando En = 1.Queremos poder fazer reset e set, independentemente do estado de En.

    Q

    Q

    S

    R

    En

    Soluo: adicione duas entradas ativas em nvel baixo, PRE e CLR, sportas NAND das sadas.

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 8 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e Clear

    Problema: latch S-R s responde s entradas S e R quando En = 1.Queremos poder fazer reset e set, independentemente do estado de En.

    CLR

    Q

    Q

    S

    R

    En

    PRE

    Soluo: adicione duas entradas ativas em nvel baixo, PRE e CLR, sportas NAND das sadas.

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 8 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1); proibido PRE = 0 e CLR = 0

    CLR

    Q

    Q

    S

    R

    En

    PRE

    =R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;

    quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1); proibido PRE = 0 e CLR = 0

    1

    Q

    Q

    S

    R

    En

    1

    =R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);

    quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1); proibido PRE = 0 e CLR = 0

    0

    0

    1

    S

    R

    En

    1

    =R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1);

    proibido PRE = 0 e CLR = 0

    1

    1

    0

    S

    R

    En

    0

    =R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1); proibido PRE = 0 e CLR = 0

    CLR

    Q

    Q

    S

    R

    En

    PRE

    =R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1); proibido PRE = 0 e CLR = 0

    CLR

    Q

    Q

    S

    R

    En

    PRE

    =

    R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Latch S-R com Enable, Preset e ClearComportamento do Latch S-R com Enable, Preset e Clear:

    quando PRE = 1 e CLR = 1, idntico ao latch S-R com enable;quando PRE = 1 e CLR = 0, ocorre reset (Q = 0);quando PRE = 0 e CLR = 1, ocorre set (Q = 1); proibido PRE = 0 e CLR = 0

    CLR

    Q

    Q

    S

    R

    En

    PRE

    =R

    S Q

    Q

    En

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 9 / 24

  • Entradas assncronas: Preset e Clear

    Usando latches S-R com Enable, Preset e Clear, possvel fazer flip-flopsS-R, D e J-K com entradas Preset e Clear ativas em nvel baixo.

    As entradas PRE e CLR so ditas assncronas pois elas interferemno funcionamento dos flip-flops independentemente do clock (aocontrrio das demais entradas, que s afetam o flip-flop em uma dasbordas do clock)

    Q

    QR

    SCk

    PRE

    CLR

    Q

    Q

    DCk

    PRE

    CLR

    Q

    QK

    JCk

    PRE

    CLR

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 10 / 24

  • Voltando ao contador

    Voltando ao problema original: fazer um contador de 0 at 5.

    Contador de 3 bits (conta de 0 a 7):

    000 001 010 011 100 101 110 1116

    Como evitar a transio 101 110, transformando-a em 101 000?

    000 001 010 011 100 101 110 1116

    Idia: fazer reset dos flip-flops do contador assim que a contagem forexcedida!

    Isto acontece quando chegamos em 5+ 1 = (110)2

    Rodrigo Hausen (CMCC UFABC) Aula 14: Aplicaes de Flip-flops 15 de maro de 2013 11 / 24

  • Voltando ao contador

    Voltando ao problema original: fazer um contador de 0 at 5.

    Contador de 3 bits (conta de 0 a 7):

    000 001 010 011 100 101 110 1116

    Como evitar a transio 101 110, tra

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