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

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CAPÍTULO 3 – CIRCUITOS SEQUENCIAIS I: REGISTRADORES

Sumário

3.1. Introdução ............................................................................................................................ 51

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

3.2.1. Transferência Dados Registrador ................................................................................ 52

3.2.2. Transferência Registrador Registrador ........................................................................ 56

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

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

3.3.1. Transferência Dados Registrador ................................................................................ 58

3.3.2. Transferência Registrador Registrador ........................................................................ 59

3.4. Transferência Serial x Paralela ........................................................................................... 60

3.5. Configurações Híbridas (Reg. ESSP e EPSS) ..................................................................... 61

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

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

3.6. Exercícios de Fixação ........................................................................................................... 64


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CAPÍTULO 3 – CIRCUITOS SEQUENCIAIS I: REGISTRADORES

A partir de agora, estudaremos algumas aplicações de flip-flops, ou elementos de memória,

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

nada mais são que circuitos capazes de armazenar dados binários.

Após esse capítulo você deverá ser capaz de:

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

(2) Projetar um registrador a partir das especificações necessárias; e

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


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3.1. Introdução

O uso mais comum de flip-flops é no armazenamento de dados binários, números BCD, etc.

Esses dados são 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 binários, pois um FF tem a capacidade de armazenar somente um bit, e de

realizar a transferência 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 lógico que está atualmente presente em A é transferido para o

FF B na transição negativa do pulso transfer. Portanto, após esta transição, a saída B terá o mesmo

valor de A.

Estudaremos apenas aplicações envolvendo FF tipo D, porém outros FF podem ser

utilizados, desde que sejam analisadas suas características.


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

O grupo de FF é organizado de modo que os números binários 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. Transferência Dados Registrador

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

o número de pulsos de clock necessários 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 estão conectados de tal modo que o valor da saída X3 é transferido para

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

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

está à sua esquerda.

Exemplo: Possuindo o dado 1102, escreva a tabela verdade da transferência 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 transmissão 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 Transmissão do dado 10102 armazenado anteriormente no Reg. ESSS. (FLOYD)


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3.2.2. Transferência Registrador Registrador

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

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

Portanto, quando os pulsos de deslocamento são aplicados, a transferência de informação ocorre da

seguinte forma: X2 X1 X0 Y2 Y1 Y0.

Figura 3.6 Registradores de ESSS conectados em série.

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 transição negativa de cada pulso, cada FF assume o valor que foi armazenado no FF à

sua esquerda, antes da ocorrência do pulso.


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- Após 3 pulsos, todo o conteúdo presente no registrador X está presente no registrador Y,

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

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

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

transferência.

3.2.3. Outros Registradores de Deslocamento

Existem algumas aplicações para os registradores de deslocamento, são elas o Registrador

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


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3.3. Transferência Paralela de Dados (Reg. EPSP)

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

transferido simultaneamente para todos os FF, com a aplicação de apenas 1 pulso de transferência

ou clock, figura 3.8:

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

3.3.1. Transferência Dados Registrador

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

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

Figura 3.9 Registrador EPSP de 3 bits.

Podemos observar que após 1 pulso de transferência, temos todo o conteúdo foi armazenado

no registrador, pois todo o dado foi transferido simultaneamente.


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3.3.2. Transferência Registrador Registrador

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

paralela de dados, ou seja, após a aplicação de 1 pulso de transferência, todo o conteúdo de X é

armazenado também em Y.

Figura 3.10 Registradores EPSP conectados em série.

É importante destacar que a transferência paralela de dados entre registradores não altera o

conteúdo da fonte, enquanto na transferência serial altera gradativamente o valor do registrador que

atua como fonte de dados.


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3.4. Transferência Serial x Paralela

A escolha de um tipo particular de transferência, serial ou paralela, depende da aplicação e

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

diferenças entre a transferência paralela e serial de dados:

PARALELA SERIAL

1) Todas as informações são transferidas

simultaneamente na ocorrência de um único

pulso de transferência, não importando o

número de bits que estejam sendo transferidos

MAIOR VELOCIDADE.

1) A transferência completa de N bits, necessita

de N pulsos de clock MENOR

VELOCIDADE.

2) Requer um maior número de conexões entre

TX e RX MAIOR CUSTO.

2) Necessita de apenas uma conexão entre TX e

RX MENOR CUSTO.

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

transferência paralela e da economia e simplicidade da transmissão serial, e essa combinação

depende da aplicação e das especificações fornecidas para o sistema, daí surgem outros dois tipos

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

que derivam das estruturas básicas ESSS e EPSP estudadas anteriormente.


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3.5. Configurações Híbridas (Reg. ESSP e EPSS)

3.5.1. Registrador ESSP

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

informação série em paralela, ou seja, funcionar como um conversor Série Paralelo, bastando

retirar a informação armazenada no registrador de modo simultâneo. A configuração básica nessa

situação, para uma informação de 3 bits é vista no circuito apresentado na figura 3.11:

Figura 3.11 Registrador ESSP.

3.5.2. Registrador EPSS

Para entrarmos com uma informação paralela e obtê-la de modo serial, necessitamos de FF

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

armazene a informação paralela. O registrador com estas entradas é 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 assumirão, respectivamente, níveis 1, fazendo com

que o registrador atue normalmente.

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

valores complementares das entradas paralelas conectadas à elas, logo, os FF assumirão os valores

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

uma célula do registrador, apresentada na figura 3.13:


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Figura 3.13 Célula do registrador EPSS.

Para que esse conversor funcione, é

necessário inicialmente um pulso de nível 0 na

entrada CLEAR dos FF.

Com ENABLE = 0, a entrada PRE’ assumirá

nível 1 e o FF irá funcionar como um registrador

de deslocamento comum (ESSS).

Com ENABLE = 1 e Din = 0, PRE’ assumirá

nível 1, logo, a saída Q manterá seu estado

anterior (que era 0).

Com ENABLE = 1 e Din = 1, PRE’ assumirá

nível 0, logo a saída Q assumirá valor 1.

Após essa análise, concluímos que, se zerarmos o registrador e logo após introduzirmos a

informação paralela, as saídas Q dos FF assumirão os valores inseridos respectivamente nessas

entradas.

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

novamente e prosseguir como um registrador de deslocamento comum.

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


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3.6. Exercícios de Fixação

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

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

controlado por uma variável 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 dígito mais significativo armazenado

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

5) Cite a diferença entre transmissão 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 função de X) após 4 pulsos de clock, sabendo

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

significativo.

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

8) Implemente o sistema de armazenamento e transmissão abaixo:


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

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

saídas a cada pulso de clock.

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

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

sistema.

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