Eletrônica Digital, Notas de estudo de Mecatrônica

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CEFET-SC

Gerência Educacional de Eletrônica

ELETRÔNICA DIGITAL 2

CIRCUITOS SEQÜENCIAIS

Prof. Wilson B. Zapelini

FLORIANÓPOLIS

AGOSTO/

PROGRAMA Página

1. Flip-flops 03 1.1 Características 03 1.2 Flip-flop RS Básico 03 1.3 Flip-flop RS comandado por pulso de clock 03 1.4 Flip-flop JK 04 1.5 Flip-flop JK Mestre-escravo 05 1.6 Flip-flop JK Mestre-Escravo com entradas Preset e Clear 06 1.7 Flip-flop tipo T 06 1.8 Flip-flop tipo D 07 2. Multivibradores 08 2.1 Multivibrador Monoestável 08 2.2 Multivibrador Astável 08 2.3 O Circuito Integrado 555 09 3.4 Schmitt Trigger 11 3. Registradores de Deslocamento 12 3.1 Introdução 12 3.2 Conversor Série-Paralelo 12 3.3 Conversor Paralelo-Série 12 3.4 Registrador de Entrada Série e Saída Série 13 3.5 Registrador de Entrada Paralela e Saída Paralela 13 3.6 Registrador usado como Divisor por 2 13 3.7 Registrador usado como Multiplicador por 2 13 4. Contadores 14 4.1 Contadores Assíncronos 14 4.2 Contadores Síncronos 17 4.3 Contadores para Circuitos Temporizados 20 4.4 Contadores Integrados 21 5. Conversores digital-analógicos (D/A) e análogo-digitais (A/D) 5.1 Conversores D/A 5.2 Conversores A/D 5.3 Geradores de forma de onda digitais 6. Memórias 6.1 Classificação das memórias 6.2 Estrutura geral e organização de uma memória 6.3 Memórias ROM – arquitetura interna 6.4 Memórias PROM 6.5 Memórias EPROM 6.6 Memórias EEPROM 6.7 Memórias RAM – expansão da capacidade

Referências Bibliográficas 21 Experiências 22 CARGA HORÁRIA: 60 horas

1. FLIP-FLOPS

1.1 Características

? A saída depende do valor das entradas e/ou dos estados armazenados; ? Operam sob o comando de pulsos de clock;

? Possuem 2 estados estáveis e complementares (Q e Q );

? Mantém armazenado (memorizado) o valor na saída até ser ativado, podendo mudar seu estado em função dos valores na entrada.

Entrada 1 Q

Clock Q Entrada 2

1.2 - Flip-flop RS Básico

S R QA QF S R QF

0 0 0 0 - estável QA 0 0 QA 0 0 1 1 - estável 0 1 0 0 1 0 0 - estável 0 1 0 1 0 1 1 0 - instável 1 1 não perm. 1 0 0 1 - instável 1 1 0 1 1 - estável 1 1 0 1 - instável (não permitido) 1 1 1 1 - instável (não permitido)

1.3 - Flip-flop RS comandado por pulso de clock

Flip-Flop

Para Clock = 0? a saída Q do flip- flop mantém seu estado armazenado; Para Clock = 1? o flip-flop responde conforme os níveis lógicos das entradas.

O latch responde em nível (0 ou 1) e o flip- flop responde em transição (subida ou descida). Se o circuito de controle detecta: - transição? Clock (Ck)

• nível? Enable (En)

Exemplo de Diagrama de Tempo de um Flip-flop RS ativado na subida do Clock 1 2 3 4 5 6 7

Ck

R

S

Q

Q

1.4 - Flip-flop JK

Objetivo: evitar a saída Q com situação não permitida.

J K QA Q A S R QF J K QF

0 0 0 1 0 0 0 QA 0 0 QA

0 1 1 0 0 1 0 1 1 QA

1 1 0 1 1 0 1 QA

Q

Q

K

Ck

J

SCk R Q

_Q

SRFF 74LS

74LS

1 0 sub desc

Seqüência de funcionamento: ? Para clock = 1: ocorre a passagem dos níveis lógicos J e K do Mestre;

não passagem de Q 1 e Q 1 , porque o clock do escravo é zero.

? Para clock = 0: Q 1 e Q 1 estavam bloqueadas com o último estado assumido;

passagem das entradas R e S (escravo), mudando as saídas Q e Q.

Conclusão: o circuito só reconhece as entradas J e K quando o clock passa de 1 para zero.

1.6 - Flip-flop JK Mestre -Escravo com entradas Preset e Clear

Clr Pr QF 0 0 Não permitido 0 1 0 1 0 1 1 1 Func. normal

1.7 - Flip-flop tipo T

Pr

T Q Ck

Q

Clr

J Q

K Q

J K T QF T QF

0 0 0 QA 0 QA

0 1 1 QA

1 1 1 QA

1.8 - Flip-flop tipo D

Pr

D Q Ck

Q

Clr

J K D QF D QF

J Q

K Q

2.3 O Circuito Integrado 555 O CI 555 é classificado como integrado linear, funcionando com alimentação entre 4 e 18 Volts, possui boa estabilidade e baixo custo. É utilizado freqüentemente como temporizador (operação monoestável) ou oscilador (operação astável). É composto por dois comparadores de nível de tensão, um flip-flop, um transistor de descarga e um estágio de potência. Seus pinos têm as seguintes funções, destacadas na tabela abaixo.

Pinos Funções 1 - alimentação (terra) 2 - entrada de disparo 3 - saída dos sinais: pode fornecer até 200 mA 4 - entrada de reciclagem: em nível baixo, bloqueia o funcionamento do integrado 5 - tensão de controle: varia a freqüência de saída, de acordo com a tensão a ele aplicada 6 - sensor de nível 7 - descarga 8 - alimentação (+Vcc)

Funcionamento Operação Monoestável Cada vez que se leva a massa à entrada de disparo, há o funcionamento como monoestável, gerando um pulso na saída, cuja duração depende de R e C, dada pela expressão: T = 1,1. R. C O valor mínimo de R é 1 K? e o máximo não deve exceder 1 M?. O valor de C não tem limite. Porém, devido às correntes de fuga, convém não exceder 1.000? F. Operação Astável O CI age como oscilador, gerando ondas digitais em sua saída, cujo período depende de Ra, Rb e C.

• Período em nível alto: Ta = 0,7 (Ra + Rb). C
• Período em nível baixo: Tb = 0,7. Rb. C
• Período total: T = 0,7 (Ra + 2.Rb). C Quando se desejar períodos de alta e baixa exatamente iguais: T = 1,4. R. C

CI 555 em configuração monoestável. Ao se ligar à massa o pino 2, através de Ch1, ocorre a formação do pulso na saída, cuja duração depende dos valores de R e C. O pino 4 deve estar ligado a Vcc para evitar disparos por ruídos espúrios. Costuma-se acoplar o pino 5 à massa, através de um capacitor de 10 nF, quando este pino não é usado para variar a tensão de referência nos comparadores.

CI 555 em configuração astável (oscilador). O tempo de carga é dado por C e (Ra+Rb) e a descarga por C e Rb.

3. REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO

3.1 - Introdução

3.1.1 - Informação paralela Todos os bits se apresentam simultaneamente. Necessita de tantos fios quantos forem os bits. Exemplo: impressora.

3.1.2 - Informação série Os bits vêm seqüencialmente um após o outro. Necessita de apenas um fio. Exemplo: modem.

3.2 - Conversor série-paralelo

3.3 - Conversor paralelo-série

Se Enable=0? Preset(PR) dos flip- flops são iguais a 1 e atuam no rmal; Se Enable=1? Preset(PR) dos flip-flops terão valores complementares às entradas PR3, PR2, PR1, PR0 e, portanto, as saídas assumirão os valores destes terminais.

Exemplo : Se PR 3 = 0? Pr=1? Q 3 mantém seu estado; Se PR 3 = 1? Pr=0? Q 3 = 1.

Entrada paralela da informação: Se limparmos o registrador (Clear=0) e introduzirmos a informação paralela através dos terminais PR, então, as saídas Q dos flip-flops assumirão estes valores.

Saída série da informação: Para Clear=0, a cada descida do Clock, Q0 irá assumir os valores, seqüencialmente, de Q0, Q1, Q e Q3.

3.4 - Registrador de Entrada Série e Saída Série

Após a entrada da informação, inibe-se o clock. A informação permanece no Registrador até novo clock (funciona como memória). Entrada de informação série: através da entrada série; Saída da informação: em Q

3.5 - Registrador de Entrada Paralela e Saída Paralela

Entrada de informação: através dos terminais Preset e Clear; Saída da informação: inibindo o clock, as saídas são obtidas pelos terminais Q3, Q2, Q1 e Q0.

3.6 - Registrador de Deslocamento usado como Divisor por 2 (shift right)

Q3 Q2 Q1 Q

Entrada

Ck

Entra-se com zero na Entrada Série e, através do clock, desloca-se uma casa à direita. Exemplo: 1010(2) = 10(10)? (^0101) (2) = 5(10)

3.7 - Registrador de Deslocamento usado como Multiplicador por 2 (shift left)

Q3 Q2 Q1 Q

Entrada

Ck

Desloca-se uma casa à esquerda através do clock e força-se Q0 = 0. Exemplo: 0001(2) = 1(10)? (^0010) (2) = 2(10)

Registrador de Deslocamento

Registrador de Deslocamento

4.1.2 - Contador Assíncrono de Décadas

Para contar de 0 a 9: somente quando as saídas apresentarem Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 1010 (^) (2) = 10 (^) (10)

A lógica auxiliar (porta Não-E) zera todas as saídas e o contador reinicia a contagem.

4.1.3 - Contador Assíncrono Decrescente

O circuito que efetua a contagem decrescente se diferencia da contagem crescente apenas pela forma de obtenção dos clocks dos flip- flops: a partir das saídas complementares. Um outro circuito com mesmo resultado pode ser obtido quando as saídas do contador são extraídas das saídas complementares dos flip- flops. O diagrama de tempo a seguir demonstra a seqüência de contagem.

Ck

Q

Q

Q

Q

4.1.4 - Contador Assíncrono Crescente e Decrescente

Variável de controle: X = 1? contagem crescente X = 0? contagem decrescente

4.2.2 - Contador Síncrono de Décadas

Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 J 3 K 3 J 2 K 2 J 1 K 1 J 0 K 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1 0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X 0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 1 0 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X 0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 1 0 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X 0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 1 1 0 0 0 X 0 0 X 0 X 1 X 1 0 0 1 X 1 0 X 0 X X 1

J3 = Q2.Q1.Q0 K3 = Q

J2 = Q1.Q0 K2 = Q1.Q

J1? Q0. Q3 K1 = Q

J0 = 1 K0 = 1

4.2.3 - Contador Síncrono Crescente/Decrescente

X Q 2 Q 1 Q 0 J 2 K 2 J 1 K 1 J 0 K 0

0 0 0 0 0 X 0 X 1 X

0 0 0 1 0 X 1 X X 1

0 0 1 0 0 X X 0 1 X

0 0 1 1 1 X X 1 X 1

0 1 0 0 X 0 0 X 1 X

0 1 0 1 X 0 1 X X 1

0 1 1 0 X 0 X 0 1 X

0 1 1 1 X 1 X 1 X 1

1 1 1 1 X 0 X 0 X 1

1 1 1 0 X 0 X 1 1 X

1 1 0 1 X 0 0 X X 1

1 1 0 0 X 1 1 X 1 X

1 0 1 1 0 X X 0 X 1

1 0 1 0 0 X X 1 1 X

1 0 0 1 0 X 0 X X 1

1 0 0 0 1 X 1 X 1 X

J2? X.Q1.Q0?X .Q1.Q0 K2 ?X.Q1.Q0?X.Q1.Q

J1 = X? Q0 K1 = X? Q

J0 = 1 K0 = 1