Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 11
Flip-flopsFlip-flops
Prof. Carlos SêrroProf. João Paulo Carvalho
Adaptados para lógica positiva por Guilherme Arroz
SISTEMAS DIGITAISSISTEMAS DIGITAIS
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 22
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Latch RS controladoLatch RS controlado
EN EN (t)(t) S S (t)(t) R R (t)(t) Q Q (t+∆t)(t+∆t)
00 xx xx Q Q (t)(t)
11 00 00 Q Q (t)(t)
11 00 11 00
11 11 00 11
11 11 11 11
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 33
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Flip-FlopsFlip-Flops
Ao contrário do que acontece com um Ao contrário do que acontece com um latch, a mudança de estado de um flip-latch, a mudança de estado de um flip-flop dá-se sempre num momento bem flop dá-se sempre num momento bem determinado determinado Num Num flanco de comutaçãoflanco de comutação de um de um impulso impulso
de relógiode relógio
O relógio é controlado pelo utilizadorO relógio é controlado pelo utilizador
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Flip-FlopsFlip-Flops
Impulso de relógioImpulso de relógio e e flancosflancos
Flancoascendente
Flancodescendente
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Flip-FlopsFlip-Flops
A mudança de estado de um flip-flop é A mudança de estado de um flip-flop é independente do momento em que as independente do momento em que as entradas são alteradasentradas são alteradas
Só ocorre junto ao flanco de relógio Só ocorre junto ao flanco de relógio para o qual o flip-flop foi desenhado para o qual o flip-flop foi desenhado ((flanco de comutaçãoflanco de comutação) )
É importante que as entradas É importante que as entradas ((síncronassíncronas) não mudem quando ocorre ) não mudem quando ocorre o flanco de comutaçãoo flanco de comutação
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 66
Pro
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
MasterSlave
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
Quando CP está a 0, o master está isolado de possíveis variações nas entradas mantendo o estado anterior. O slave, por seu lado, está receptivo ao estado que o master impõe nas suas entradas, e assume esse estado. O estado do slave (e do flip-flop) fica, portanto, igual ao do master
00 1
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 88
Pro
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
Quando CP passa de 0 para 1, o slave passa a ficar isolado do master, mantendo o estado anterior (uma vez que /CP vem a 0). O master, pelo contrário, passa a ficar aberto à influência das entradas e assume o estado que estas lhe impõem.
0110
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 99
Pro
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
Agora CP está a 1, o slave está completamente isolado do master e o estado do flip-flop está estável. O master, pelo contrário, está totalmente aberto à influência das entradas e assume o estado que estas lhe impõem.
10
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1010
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
Agora CP passa a 0, isolando o master da influência das entradas. O slave, por seu lado, adquire o estado que o master lhe impuser, eventualmente diferente do que anteriormente possuia. Se houver lugar a uma mudança de estado do slave (e do flip-flop), ela ocorre neste flanco descendente
1001
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1111
Pro
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
CP passa a 0 e o ciclo repete-se
01
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Pro
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
Em resumo, o flip-flop só muda de estado, se mudar, nos flancos descendentes dos impulsos de relógio aplicados a CP
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1313
Pro
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
CP_H
Flancos de comutação(descendentes)
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1414
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Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave
CPCP S S (t)(t) R R (t)(t) Q Q (t+∆t)(t+∆t)
00 00 Q Q (t)(t)
00 11 00
11 00 11
11 11 ??
00 xx xx Q Q (t)(t)
11 xx xx Q Q (t)(t)
O comportamento do flip-flop é imprevisível. Temos uma situação de corrida idêntica à que ocorre num Latch SR quando as entradas mudam simultaneamente de 1 para 0, ou num latch SR controlado quando a entrada de Enable fica inactiva, com S e R a 1
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1515
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Flip-Flop JK Master SlaveFlip-Flop JK Master Slave
Para evitar a situação de Para evitar a situação de imprevisibilidade do RS master-slave, imprevisibilidade do RS master-slave, surge o flip-Flop JKsurge o flip-Flop JK
Num FF JK, quando ambas as entradas Num FF JK, quando ambas as entradas estão activas, o FF muda de estadoestão activas, o FF muda de estado Também se diz que Também se diz que comutacomuta
A entrada J tem o mesmo papel que a A entrada J tem o mesmo papel que a entrada S (faz o Set da saída Q)entrada S (faz o Set da saída Q)
A entrada K tem o mesmo papel que a A entrada K tem o mesmo papel que a entrada R (faz o Reset da saída Q)entrada R (faz o Reset da saída Q)
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1616
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Flip-Flop JK Master SlaveFlip-Flop JK Master Slave
O FF comuta (muda de estado)
CPCP J J (t)(t) K K (t)(t) Q Q (t+∆t)(t+∆t)
00 00 Q Q (t)(t)
00 11 00
11 00 11
11 11 Q Q (t)(t)
00 xx xx Q Q (t)(t)
11 xx xx Q Q (t)(t)
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1717
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Flip-Flop JK Master-SlaveFlip-Flop JK Master-Slave
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1818
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Flip-Flop JK Master-SlaveFlip-Flop JK Master-Slave
Indica que o FF possui uma estrutura Master-Slave
Símbolo IEC
Qualificador de atraso: significa que a saída correspondente só comuta (muda, se mudar) no flanco que se segue ao que torna a entrada de relógio activa
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 1919
Pro
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Entradas assíncronasEntradas assíncronas
As entradas indicadas nos FFs As entradas indicadas nos FFs anteriores (S, R, J e K) dizem-se anteriores (S, R, J e K) dizem-se síncronassíncronas porque os seus efeitos só se porque os seus efeitos só se fazem sentir nas saídas fazem sentir nas saídas imediatamente depois dos flancos de imediatamente depois dos flancos de comutaçãocomutação Isto se derem origem a mudanças de Isto se derem origem a mudanças de
estado, senão os efeitos não se fazem estado, senão os efeitos não se fazem sentirsentir
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2020
Pro
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Entradas assíncronasEntradas assíncronas
Mas os FFs também possuem, em geral, Mas os FFs também possuem, em geral, entradas assíncronasentradas assíncronas, cujos efeitos nas , cujos efeitos nas saídas se fazem sentir imediatamente, saídas se fazem sentir imediatamente, sem que os flancos de comutação sem que os flancos de comutação intervenhamintervenham Isto é, não dependem dos impulsos de relógioIsto é, não dependem dos impulsos de relógio
Para não se confundirem com as entradas Para não se confundirem com as entradas de Set (S) e de Reset (R) designam-se, de Set (S) e de Reset (R) designam-se, habitualmente, por habitualmente, por PresetPreset (o mesmo que (o mesmo que Set) e por Set) e por ClearClear (o mesmo que Reset) (o mesmo que Reset)
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2121
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Entradas assíncronasEntradas assíncronas
A actuação de uma das entradas A actuação de uma das entradas assíncronas de Preset ou de Clear assíncronas de Preset ou de Clear permite a colocação do flip-flop num permite a colocação do flip-flop num determinado determinado estado inicial estado inicial (após o (após o “power-on) “power-on)
Naturalmente, só devemos activar uma Naturalmente, só devemos activar uma dessas entradas de cada vezdessas entradas de cada vez
A não activação de ambas significa que o A não activação de ambas significa que o FF tem o seu comportamento síncrono FF tem o seu comportamento síncrono habitualhabitual
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2222
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Entradas assíncronasEntradas assíncronas
Clear (ou Reset) (Q = 0)
Preset (Q = 1)
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2323
Pro
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Flip-flops D MSFlip-flops D MS
À semelhança do que se fez nos À semelhança do que se fez nos Latches, é possível definir um flip-flop Latches, é possível definir um flip-flop Master-slave do tipo D (com apenas Master-slave do tipo D (com apenas uma entrada). uma entrada).
Basta considerar um flip-flop SR em Basta considerar um flip-flop SR em que a entrada R seja sempre igual à que a entrada R seja sempre igual à negação da entrada Snegação da entrada S
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2424
Pro
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f. João P
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Flip-flops D MSFlip-flops D MS
O símbolo IEC de um flip-flop D Master-O símbolo IEC de um flip-flop D Master-Slave é:Slave é:
1D
C1
R
S
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2525
Pro
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Flip-flops D MSFlip-flops D MS
Então, as saídas só comutam (mudam, se tiverem que mudar) no flanco seguinte (flanco descendente)
Neste caso o ff comuta no flanco descendente
1D
C1
R
S
A entrada de relógio fica activa quando esta linha vem a 1
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2626
Pro
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Flip-flops Edge-triggeredFlip-flops Edge-triggered
Os Flip-Flops Edge-Triggered reagem às Os Flip-Flops Edge-Triggered reagem às entradas síncronas num determinado entradas síncronas num determinado flanco do impulso de relógio (o flanco de flanco do impulso de relógio (o flanco de comutação)comutação)
As mudanças nas saídas são, então, As mudanças nas saídas são, então, independentes dos níveis de tensão nas independentes dos níveis de tensão nas entradas ou das mudanças nesses entradas ou das mudanças nesses níveis, excepto num curto intervalo de níveis, excepto num curto intervalo de tempo em torno do flanco de comutação tempo em torno do flanco de comutação do ffdo ff
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2727
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Flip-flops Edge-triggeredFlip-flops Edge-triggered
FF Edge-Triggered positivos: comutam FF Edge-Triggered positivos: comutam no flanco ascendente do impulso de no flanco ascendente do impulso de relógio (quando o relógio muda de relógio (quando o relógio muda de 0 para 1)0 para 1)
FF Edge-Triggered negativos: FF Edge-Triggered negativos: comutam no flanco descendente comutam no flanco descendente (quando o relógio muda de 1 para 0)(quando o relógio muda de 1 para 0)
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2828
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Flip-flops D ETFlip-flops D ET
Num flip-flop D edge-triggered positivoNum flip-flop D edge-triggered positivo a saída Q assume o estado da entrada D a saída Q assume o estado da entrada D
quando se dá uma transição 0 -> 1 na quando se dá uma transição 0 -> 1 na entrada CPentrada CP
mantém o estado, independentemente de mantém o estado, independentemente de D, enquanto CP está 1, a 0, ou ainda D, enquanto CP está 1, a 0, ou ainda durante as transições 1 -> 0 nessa linhadurante as transições 1 -> 0 nessa linha
O flip-flop só comuta, portanto, O flip-flop só comuta, portanto, quando na entrada CP ocorrem flancos quando na entrada CP ocorrem flancos ascendentes de impulsos de relógioascendentes de impulsos de relógio
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 2929
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Flip-flops D ETFlip-flops D ET
Num FF D edge-triggered negativo o Num FF D edge-triggered negativo o comportamento é semelhante, mas a comportamento é semelhante, mas a comutação (mudança de estado, se comutação (mudança de estado, se houver caso disso) apenas se verifica houver caso disso) apenas se verifica no flanco descendente do relógiono flanco descendente do relógio
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3030
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Flip-flops D ETFlip-flops D ET
CPCP D D (t)(t) QQ(t+∆t)(t+∆t)
00 0L0L
11 11
xx QQ(t)(t)
00 xx QQ(t)(t)
11 xx QQ(t)(t)Este FF comuta no flanco ascendente
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3131
Pro
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Flip-flops D ETFlip-flops D ET
Indica que o FF é edge-triggered
1D
C1
Flip-flop Dedge-triggered
positivo
1D
C1
Flip-flop Dedge-triggered
negativo
Indica que o FF é edge-triggered negativo
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3232
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Flip-flops JK ETFlip-flops JK ET
O comportamento de um flip-flop JK O comportamento de um flip-flop JK edge-triggered positivo é semelhante edge-triggered positivo é semelhante ao do JK estudado anteriormente, com ao do JK estudado anteriormente, com a diferença de que só reage às a diferença de que só reage às entradas síncronas no flanco entradas síncronas no flanco ascendente do relógioascendente do relógio
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3333
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Flip-flops JK ETFlip-flops JK ET
CPCP J J (t)(t) K K (t)(t) QQ(t+∆t)(t+∆t)
00 00 QQ(t)(t)
00 11 00
11 00 11
11 11 QQ(t)(t)
xx xx QQ(t)(t)
00 xx xx QQ(t)(t)
11 xx xx QQ(t)(t)
C1
1K
1J
Flip-flop JKedge-triggered
positivo
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3434
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oFFs: comportamento FFs: comportamento temporaltemporal
Do ponto de vista temporal, os flip-flops Do ponto de vista temporal, os flip-flops são caracterizados por vários são caracterizados por vários parâmetrosparâmetros
Um dos aspectos mais importantes é o Um dos aspectos mais importantes é o de que, no momento em que ocorre o de que, no momento em que ocorre o flanco de comutação, as entradas flanco de comutação, as entradas devem estar estáveis de forma a evitar devem estar estáveis de forma a evitar uma situação em que a reacção do flip-uma situação em que a reacção do flip-flop fique dependente de uma corrida flop fique dependente de uma corrida entre sinais dentro do circuito e seja, entre sinais dentro do circuito e seja, portanto, não previsívelportanto, não previsível
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3535
Pro
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oFFs: comportamento FFs: comportamento temporaltemporal
tpdtpd - - Tempo de propagaçãoTempo de propagação, de , de atrasoatraso ou de ou de reacçãoreacção do ff do ff É o tempo que decorre entre o momento É o tempo que decorre entre o momento
em que ocorre o flanco de comutação em em que ocorre o flanco de comutação em CP e o momento em que as saídas são CP e o momento em que as saídas são actualizadasactualizadas
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3636
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oFFs: comportamento FFs: comportamento temporaltemporal
tsutsu - - Tempo de Set-UpTempo de Set-Up ou de ou de preparaçãopreparação É o tempo que decorre entre o último É o tempo que decorre entre o último
instante em que as entradas têm de estar instante em que as entradas têm de estar estáveis e o momento em que se dá o estáveis e o momento em que se dá o flanco de comutaçãoflanco de comutação
Devem evitar-se mudanças nas entradas Devem evitar-se mudanças nas entradas síncronas dentro do intervalo de tempo tsusíncronas dentro do intervalo de tempo tsu
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3737
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oFFs: comportamento FFs: comportamento temporaltemporal
thth – – Tempo de HoldTempo de Hold ou de ou de manutençãomanutenção É o tempo que medeia entre o flanco de É o tempo que medeia entre o flanco de
comutação e o instante em que as comutação e o instante em que as entradas síncronas já podem variar sem entradas síncronas já podem variar sem afectar o bom funcionamento do FFafectar o bom funcionamento do FF
Devem evitar-se mudanças nas entradas Devem evitar-se mudanças nas entradas síncronas dentro do intervalo de tempo thsíncronas dentro do intervalo de tempo th
Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 3838
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oFFs: Comportamento FFs: Comportamento TemporalTemporal
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Tempo de Set-up Tempo de Hold