novembro de 2005 sistemas digitais 1 flip-flops prof. carlos sêrro prof. joão paulo carvalho...

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


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

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


Pro

f. C

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os

Sêrr

oPro

f. C

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os

Sêrr

oPro

f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

aulo

Carv

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o

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


Pro

f. C

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oPro

f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o


Impulso de relógioImpulso de relógio e e flancosflancos

Flancoascendente

Flancodescendente


Pro

f. C

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oPro

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oPro

f. João P

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oPro

f. João P

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Carv

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o


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


Pro

f. C

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oPro

f. C

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oPro

f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

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Carv

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o

Flip-Flop RS Master-SlaveFlip-Flop RS Master-Slave

MasterSlave


Pro

f. C

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oPro

f. João P

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oPro

f. João P

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Carv

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o


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


Pro

f. C

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os

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oPro

f. C

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os

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oPro

f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

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Carv

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o


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


Pro

f. C

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oPro

f. C

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f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

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Carv

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o


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


Pro

f. C

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os

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oPro

f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o


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


Pro

f. C

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f. C

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f. João P

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o


CP passa a 0 e o ciclo repete-se

01


Pro

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f. João P

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oPro

f. João P

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Carv

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o


Em resumo, o flip-flop só muda de estado, se mudar, nos flancos descendentes dos impulsos de relógio aplicados a CP


Pro

f. C

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f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o


CP_H

Flancos de comutação(descendentes)


Pro

f. C

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oPro

f. C

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oPro

f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

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Carv

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o


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


Pro

f. C

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f. C

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o

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)


Pro

f. C

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oPro

f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o

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)


Pro

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f. C

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o

Flip-Flop JK Master-SlaveFlip-Flop JK Master-Slave


Pro

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o

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


Pro

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f. C

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f. João P

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o

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


Pro

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f. João P

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f. João P

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o


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)


Pro

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f. João P

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f. João P

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Carv

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o


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


Pro

f. C

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os

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oPro

f. C

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f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

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Carv

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o


Clear (ou Reset) (Q = 0)

Preset (Q = 1)


Pro

f. C

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o

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


Pro

f. C

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o


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


Pro

f. C

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f. C

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f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

aulo

Carv

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o


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


Pro

f. C

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os

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oPro

f. C

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os

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f. João P

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o

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


Pro

f. C

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o

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)


Pro

f. C

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f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o

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


Pro

f. C

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f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o


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


Pro

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os

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oPro

f. C

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os

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f. João P

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oPro

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o


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


Pro

f. C

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oPro

f. C

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f. João P

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oPro

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o


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


Pro

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oPro

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o

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


Pro

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f. C

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f. João P

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oPro

f. João P

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o

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


Pro

f. C

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oPro

f. C

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Carv

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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


Pro

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Carv

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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


Pro

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f. C

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Carv

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Carv

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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


Pro

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Carv

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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


Pro

f. C

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oPro

f. C

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oPro

f. João P

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Carv

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oPro

f. João P

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Carv

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oFFs: Comportamento FFs: Comportamento TemporalTemporal

t

t

su

h

Tempo de Set-up Tempo de Hold

novembro de 2005 sistemas digitais 1 flip-flops prof. carlos sêrro prof. joão paulo carvalho...

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