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Os FLIP-FLOP síncronos respondem as mudanças de estados nas entradas quando essas ocorrem simultaneamente com a ocorrência de um pulso de controle (clock ou triger), ou seja, o sincronismo, enquanto que os assíncronos reagem quanto à variação das entradas. Além dessas classificações os FLIP-FLOP se agrupam em algumas famílias, ou tipos como: 1.Set-Reset (SR); 2.Master-Slave(MS); 3.JK; 4.Tipo T, e; 5.Tipo D (Delay) Flip-Flop SR controlado por um pulso de Clock Para que o flip-flop SR básico seja controlado por uma sequência de pulsos de clock, basta trocarmos os dois inversores por portas NAND, e as outras entradas destas portas, injetarmos o clock. O circuito ficará, então: Quando a entrada clock assumir o valor 1, o circuito ira comportar-se como um flip-flop SR básico. Teremos então, a seguinte tabela verdade: Esse circuito irá mudar de estado apenas quando o clock for igual a 1, em outras palavras, o circuito irá mudar de estado somente na chegada de um pulso de clock.
Flip-Flop JK
O flip-flop JK, nada mais e que um SR realimentado de maneira mostrada na figura a seguir, essa outra forma de realimentação elimina o estado indefinido do flip-flop SR. A tabela verdade fica: Flip-Flop JK Bloco OBS: Vale ressaltar para que o circuito assim funcione como desejado, deve-se retirar o clock logo após as duas entradas tenham sido iguais a 1.
Flip-Flop T
Flip-Flop D
Esse e um flip-flop JK com a particularidade de possuir as entradas J e K invertidas. Logo, nesse flip-flop, teremos as seguintes entradas possíveis: J=0 e K=1; J=1 e K=0. Flip-Flop D
Contadores
São sistemas sequenciais que contam o número de pulsos que ocorre em sua entrada durante um certo intervalo de tempo. A indicação da contagem e dada na base 2 e obtida através das saídas binárias do contador. Existem dois tipos básicos de contadores: a) Os Assíncronos - dos quais as transições dos Flip-Flop não são simultâneos.
b) Os Síncronos - dos quais as transições dos Flip-Flop são simultâneas e geradas por um sinal de clock
Contadores Assíncronos
São caracterizados por não terem entradas de clocks comuns. Essa se faz apenas no 1 flip-flop e as outras entradas de clock dos outros flip-flop serão funções das saída. Os contadores assíncronos podem ter módulos binário e módulos não binário. A principal característica de um contador de pulso e representar o código BCD 8421. Seu circuito básico apresenta um grupo básico de 4 flip-flop JK mestre-escravo os quais possui as entradas J=K=1.
Contadores Síncronos
Neste tipo de contador todos os flip-flop são liberados no mesmo instante, pois estes contadores possuem as entradas de clock curto-circuitadas, ou seja, o clock aciona todos os flip-flop simultaneamente. A indicação da contagem pode ser obtida diretamente das saídas dos flip-flop ou através de circuitos com binacionais. O número de flip-flop necessários para cada contador depende do modulo do contador a partir da seguinte expressão: 2 n−1 ≤ M ≤ 2 n, onde n e o número de flip-flop. Para estudarmos os contadores síncronos devemos sempre escrever a tabela verdade, estudando assim quais devem ser as entradas J e K dos vários flip- flop e que estes assumam o estágio seguinte Para isso devemos lembrar então da tabela verdade do JK
Fazendo a seguinte entrada serie 1010 no circuito acima teremos a tabela verdade da seguinte forma: Por esse motivo o circuito acima e conhecido como Registrador de Deslocamento.
Conversor Paralelo - Série
Para entrarmos com uma informação paralela, necessitamos de um registrador que apresente as entradas Preset e Clear, pois e através destas que fazemos com que o Registrador armazene a informação paralela. O registrador com essas entradas e representado abaixo: Antes de começarmos, vamos rever o funcionamento das entradas ENABLE e PRESET. Quando a entrada enable estiver em zero, as entradas preset (PR) dos flip-flop permanecerão no estado 1, fazendo com que os flip-flop atuem normalmente. Quando a entrada enable for igual a 1, as entradas preset dos flip-flop assumirão os valores complementares das entradas PR3, PR2, PR1 e PR0.
Para que o registrador de deslocamento funcione como conversor paralelo série, necessitamos limpá-lo e logo em seguida, introduzir a informação como já descrito, recolhendo na saída Q0 a mesma informação de modo serie. E fácil de notar que a saída Q0 assume primeiramente o valor I0 e a cada descida do pulso de clock, irá assumir sequencialmente os valores I1, I2, I3.
Multiplexadores
No nosso dia a dia lidamos com vários sistemas que utilizam multiplexadores e de multiplexadores, o mais comum deles e o aparelho de som de nossa residência, em uma chave seletora, selecionamos qual fonte sonora a qual utilizaremos (Vinil, CD, Tape, Radio, MD, etc.). A chave seletora então especifica qual o canal de comunicação que será utilizado, conhecida também como via de dados, e assim, está informação será amplificada e transmitida para os alto-falantes. Assim de uma maneira geral, o MUX , seleciona um entre vários sinais de entrada e o envia para a saída. Um multiplexador digital ou seletor de dados ´e um circuito lógico que aceita diversos dados digitais de entrada e seleciona um deles, em um certo instante, para a saída. O roteamento do sinal de entrada desejado para a saída ´e controlado pelas entradas de SELEÇÃO (conhecidas também como ENDEREÇOS). O multiplexador atua como uma chave digital controlada de várias posições, onde o código digital aplicado nas entradas de SELEÇÃO controla qual será a entrada de dados chaveada para a saída. Por exemplo, a saída será igual a entrada de dados I0 para um determinado código de SELEÇÃO; e assim será igual a I1 para um outro determinado código de SELEÇÃO; e assim por diante. Em outras palavras, um multiplexador seleciona 1 entre N dados de entrada e transmite o dado selecionado para um único canal de saída. Isto ´e chamado de multiplexação.
Como sabemos, os computadores trabalham na forma binária e já é de se esperar que o mesmo faca suas operações na forma binária. Relembrando a soma de dois números binários teremos: Montando a tabela verdade teremos: O diagrama de blocos seria as saídas receptivas a uma porta lógica especifica como para saída S teremos um XOR e para Ts teremos uma AND. Esse circuito denominado Meio Somador e também conhecido como Half-Adder, termo derivado do inglês.
Somador Completo
O meio somador possibilita efetuar a soma de números binários com 1 algarismo. Mas o mundo real se faz necessário que esta soma seja efetuadas com um número maior algarismo. Para satisfazer estas condições o circuito necessita de uma entrada de transporte proveniente de uma saída de transporte anterior. Para melhor compreensão, vamos analisar o caso da soma a seguir: Desta forma a tabela verdade ficaria do seguinte modo: Colocando no mapa de Karnaugh, teremos o esquema do circuito conhecido como Full Adder.
Meio Subtrator
Vamos fazer um flashback no assunto para podermos montar as tabelas verdades equivalentes. 0-0= 0-1=1 e empresta 1 1-0= 1-1= Vamos montar a tabela verdade de uma subtração de dois números binários de 1 algarismo Assim de forma análoga ao o circuito meio somador teremos a seguinte simplificação: S=A exclusivo ou B Ts= A¯ + B
Subtrator Completo
Novamente, o meio somador nos permite efetuar a subtração de apenas números ´ com 1 algarismo. Para satisfazer uma subtração completa, deverá ser inserida novamente uma entrada de transporte para que se possa montar tal circuito. Assim teremos a seguinte tabela verdade: Novamente aplicando Karnaugh teremos o circuito simplificado do Subtrator Completo.
Códigos BCD (Binary Coded Decimal: decimal
codificado em binário)
É um tipo de código de distância unitária. Também é chamado de código refletido. Não possui pesos. Definição: A distância entre duas palavras binárias é o número de bits diferentes entre as duas, comparando-se as mesmas posições. No código Gray, a distância entre duas palavras adjacentes é sempre igual a 1 (daí o nome código de distância unitária).
Astáveis e monoestáveis integrados
Se bem que possamos elaborar as funções de astável e monoestável usando circuitos integrados comuns, existem alguns componentes que foram projetados especificamente para esta finalidade. Por terem características mais apropriadas às aplicações digitais eles são largamente usados nos projetos práticos. Na verdade, existem alguns que são componentes muito populares, podendo ser usados, não só em aplicações digitais, mas em qualquer outra que envolva a produção de um sinal (forma de onda) ou ainda uma temporização como em timers, bases de tempo, circuitos de retardo, etc. Este é o caso do circuito integrado 555 que veremos a seguir. O circuito integrado 555 O circuito integrado 555, que pode ser encontrado com denominações como LM555, uA555, MC555, MC1555, NE555, etc. é um timer de uso geral que pode ser usado tanto na configuração de monoestável como astável. Este circuito integrado pode ser alimentado com tensões de 4,8 a 18 volts e é fornecido em invólucro DIL de 8 pinos, conforme mostra a figura 26, em que temos o circuito equivalente, invólucro e aspecto. Existe ainda a versão dupla deste circuito integrado (dois timers num invólucro único), com a denominação 556, e ainda uma versão CMOS de baixo consumo com a designação 7555 (TLC7555). A versão de baixa consumo pode operar com tensões tão baixas como 3 V. A faixa de operação como astável vai de fração de hertz até perto de 500 kHz. Como monoestável os pulsos podem ter durações que vão de alguns microssegundos até mais de meia hora. Temos o modo de ligação do circuito para a configuração astável.
O pino 4 do circuito integrado pode ser usado para controle externo, disparando o oscilador quando no nível alto. Para a operação como monoestável temos o circuito mostrado Da mesma forma que no caso anterior, os componentes R e C tem os mesmos limites de valores. O capacitor C não deve ser maior que 1 500 uF e o resistor maior que 3,3 M ohms, pois as fugas do capacitor podem tornar a temporização errática. A entrada de disparo, que corresponde ao pino 2 deve ser mantida no nível alto, o que pode ser conseguido na maioria das aplicações por um resistor de 4,7 k ohms a 10 M ohms (tipicamente). Quando esta entrada é levada ao nível baixo, o circuito comuta e sua saída vai ao nível alto por um tempo que depende dos valores dos componentes da rede RC. Mesmo que um novo pulso de entrada seja aplicado, ele não tem efeito algum sobre o circuito enquanto a temporização não terminar e a saída voltar ao nível baixo novamente. 8.4.2 - TLC555M – O 555 CMOS A versão CMOS do circuito integrado 555 apresenta características de baixo consumo e impedância de entrada extremamente alta que o tornam ideal para aplicações de baixo consumo, principalmente se considerarmos que sua faixa de alimentação vai de 2 a 18 V. A versão que apresentamos é a da Texas Instruments e é fabricada em tecnologia LinCMOS com o circuito equivalente ao tipo original, mostrado em blocos na figura, mas com características elétricas melhoradas.
Além do baixo consumo e baixas tensões de alimentação, o 555 CMOS pode alcançar frequências de 2 MHz o que não ocorre com a versão bipolar que está limitada aos 500 kHz. Na figura temos então o invólucro deste circuito integrado que em nada difere da versão bipolar equivalente. O circuito integrado TLC555 tem ainda como característica importante uma resistência de entrada de 1012 ohms, e permite que um ciclo ativo de 50% seja obtido com apenas um resistor e um capacitor externo. Seu consumo típico com uma alimentação de 5 V é de apenas 1 mW. A saída complementar CMOS pode drenar correntes até 100 mA e fornecer correntes até 10 mA. Uma característica importante desta configuração é que ele não produz picos de corrente agudos nas transições o que elimina a necessidade de grandes capacitores de desacoplamento, como normalmente é exigido pelas aplicações do bipolar 555. Características: Faixa de tensões de alimentação: 2 a 18 V Potência máxima de dissipação: 600 mW Corrente de alimentação: 170 uA com 5 V e 360 uA com 15 V Corrente máxima de saída (fornecendo): 10 mA Corrente máxima de saída (drenando): 100 mA Corrente de disparo com 5 V : 10 pA Corrente de reset com 5 V : 10 pA Limiar de disparo como porcentagem da tensão da fonte: 66,7% Nível de tensão de reset: 0,7 V Tensão de saída no nível baixo (15 V x 10 mA) : 0,1 V Tensão de saída no nível alto (15 V x 1 mA) : 14,8 V Frequência máxima de operação no modo astável: 2,1 MHz Tempo de subida/descida do pulso de saída (5 V): 20 ns
CONVERSORES D/A e A/D
Conversores A/D – Analógico/Digital e D/A - Digital/Analógico são circuitos responsáveis pela conversão de sinais analógicos para digitais, e de sinais digitais para sinais analógicos. O sinal na forma analógica é contínuo, então em cada intervalo do sinal analógico existem infinitos valores de tensão (ou corrente), tornando-se impossível converter todos os valores do sinal para a forma digital, ou obter todos os valores analógicos de sinais digitais. Deve ser efetuada uma amostragem do sinal: apenas alguns valores, ou amostras, do sinal analógico são obtidos. Assim, origina-se um novo sinal descontínuo, obtido de amostras, denominados sinais discretos, provenientes do sinal analógico de origem. Os valores analógicos entre duas amostras consecutivas não são convertidos para a forma digital, ocorrendo perdas na conversão. Apesar da impossibilidade de se obter todos os valores de um sinal analógico na forma digital estas perdas, em muitas aplicações práticas, são aceitáveis, porque é possível se obter amostras suficientes do sinal analógico de modo a não interferir na sua qualidade. Um exemplo são os circuitos digitais de áudio, como CD-Players. São obtidas milhares de amostras do sinal analógico por segundo, de modo que as perdas na conversão sejam imperceptíveis: o ouvinte não consegue perceber a perda na qualidade do som na reprodução da música Outra observação em relação à conversão A/D e D/A é o número de bits utilizados nos sinais digitais para representar um valor analógico. Quanto mais bits são utilizados para a conversão para a forma digital, maior o número de valores analógicos possíveis de serem representados digitalmente. Os valores analógicos são convertidos pela combinação dos bits utilizados.
Na realidade, cada combinação de valores dos bits representa uma faixa de valores analógicos. Quanto maior o número de bits, maior o número de faixas de valores analógicos representados por cada combinação de bits. Os valores dentro de cada faixa são arredondados para o valor digital mais próximo, o que gera o erro na conversão. Portanto, quanto maior o número de bits utilizado para os sinais digitais, menor a faixa de valores a serem convertidos, e menor o erro. Como exemplo abaixo, a conversão de um sinal analógico de 0 a 100V utilizando 3 bits de resolução. Podemos observar do exemplo anterior que os valores entre 0 e 12,5V possuem o mesmo valor em sinal digital, 000; de 12,5V a 25V de 001, e assim por diante. Um sinal analógico de 10V possui um valor de sinal digital 000, o mesmo para 0V, originando um erro dentro desta faixa de valores. Utilizando-se um número maior de bits, como 4 bits neste exemplo, a faixa de valores convertidos cai pela metade (o valor 10V seria convertido para o sinal digital 001, com o mesmo valor para 6,25V). CONVERSORES D/A Conversor D/A – Digital/Analógico (ou DAC – Digital to Analogic Converter) é o circuito responsável pela conversão de sinais elétricos na forma digital para a forma analógica. O processamento e armazenamento de sinais elétricos é mais viável na forma digital, mas na maioria das vezes a finalidade do processamento destes sinais é o acionamento de algum dispositivo, como um atuador, que funciona com sinais analógicos. Como exemplo podemos citar motores de corrente contínua, eletroválvulas, caixas de som, amplificadores.... Deste modo é necessário converter os sinais da forma digital para a forma analógica, apresentando uma perda em relação ao sinal analógico original, para o qual se deseja converter, como mostra o gráfico da Figura 1. O sinal analógico é contínuo no tempo, mas o sinal digital não, sendo convertido a partir das amostras (sinais discretos).
