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Relatório: Flip-Flops, Provas de Circuitos Elétricos

Relatório de Circuitos Digitais I sobre Flip Flops

Tipologia: Provas

2011

Compartilhado em 16/03/2011

Neilson89
Neilson89 🇧🇷

4.4

(70)

219 documentos

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1. Objetivos.
Utilizar os conceitos teóricos sobre Flip-Flops na construção de circuitos com
memória com diversas finalidades práticas.
2. Introdução.
Em eletrônica e circuitos digitais, o flip-flop ou multivibrador biestável é um
circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. Um flip-flop
tipicamente inclui zero, um ou dois sinais de entrada, um sinal de clock, e um sinal de
saída, apesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento
do sinal de saída. Alguns flip-flops também incluem um sinal da entrada clear, que
limpa a saída atual. Como os flip-flops são implementados na forma de circuitos
integrados, eles também necessitam de conexões de alimentação. A pulsação ou
mudança no sinal do clock faz com que o flip-flop mude ou retenha seu sinal de saída,
baseado nos valores dos sinais de entrada e na equação carecterística do flip-flop.
De forma geral podemos representar o flip-flop como um bloco onde temos 2
saídas: Q e Q' (Q linha), entrada para as variáveis e uma entrada de controle (Clock). A
saída Q será a principal do bloco. Este dispositivo possui basicamente dois estados de
saída. Para o flip-flop assumir um destes estados é necessário que haja uma combinação
das variáveis e do pulso de controle (Clock). Após este pulso, o flip-flop permanecerá
neste estado até a chegada de um novo pulso de clock e, então, de acordo com as
variáveis de entrada, mudará ou não de estado.
Quatro tipos de flip-flops possuem aplicações comuns em sistemas de clock
sequencial: estes são chamados o flip-flop T ("toggle"), o flip-flop S-R ("set-reset"), o
flip-flop J-K e o flip-flop D ("delay").O comportamento de um flip-flop é descrito por
sua equação característica, que prevê a "próxima" (após o próximo pulso de clock)
saída, Qnext, em termos dos sinais de entrada e/ou da saída atual, Q.
O primeiro flip-flop eletrônico foi inventado em 1919 por William Eccles e F.
W. Jordan (Radio Review Dez 1919 páginas 143 em diante). Ele foi inicialmente
chamado de circuito de disparo Eccles-Jordan. O nome flip-flop posterior descreve o
som que é produzido em um alto-falante conectado a uma saída de um amplificador
durante o processo de chaveamento do circuito.
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1. Objetivos.

Utilizar os conceitos teóricos sobre Flip-Flops na construção de circuitos com

memória com diversas finalidades práticas.

2. Introdução.

Em eletrônica e circuitos digitais, o flip-flop ou multivibrador biestável é um

circuito digital pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. Um flip-flop

tipicamente inclui zero, um ou dois sinais de entrada, um sinal de clock, e um sinal de

saída, apesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento

do sinal de saída. Alguns flip-flops também incluem um sinal da entrada clear, que

limpa a saída atual. Como os flip-flops são implementados na forma de circuitos

integrados, eles também necessitam de conexões de alimentação. A pulsação ou

mudança no sinal do clock faz com que o flip-flop mude ou retenha seu sinal de saída,

baseado nos valores dos sinais de entrada e na equação carecterística do flip-flop.

De forma geral podemos representar o flip-flop como um bloco onde temos 2

saídas: Q e Q' (Q linha), entrada para as variáveis e uma entrada de controle (Clock). A

saída Q será a principal do bloco. Este dispositivo possui basicamente dois estados de

saída. Para o flip-flop assumir um destes estados é necessário que haja uma combinação

das variáveis e do pulso de controle (Clock). Após este pulso, o flip-flop permanecerá

neste estado até a chegada de um novo pulso de clock e, então, de acordo com as

variáveis de entrada, mudará ou não de estado.

Quatro tipos de flip-flops possuem aplicações comuns em sistemas de clock

sequencial: estes são chamados o flip-flop T ("toggle"), o flip-flop S-R ("set-reset"), o

flip-flop J-K e o flip-flop D ("delay").O comportamento de um flip-flop é descrito por

sua equação característica, que prevê a "próxima" (após o próximo pulso de clock)

saída, Qnext, em termos dos sinais de entrada e/ou da saída atual, Q.

O primeiro flip-flop eletrônico foi inventado em 1919 por William Eccles e F.

W. Jordan (Radio Review Dez 1919 páginas 143 em diante). Ele foi inicialmente

chamado de circuito de disparo Eccles-Jordan. O nome flip-flop posterior descreve o

som que é produzido em um alto-falante conectado a uma saída de um amplificador

durante o processo de chaveamento do circuito.

2.1 – Flip-Flop Tipo J-K

O flip-flop J-K aprimora o funcionamento do flip-flop R-S interpretando a

condição S = R = 1 como um comando de inversão. Especificamente, a combinação J

= 1, K = 0 é um comando para ativar (set) a saída do flip-flop; a combinação J = 0, K =

1 é um comando para desativar (reset) a saída do flip-flop; e a combinação J = K = 1

é um comando para inverter o flip-flop, trocando o sinal de saída pelo seu

complemento. Fazendo J = K o flip-flop J-K se torna um flip-flop T(Toggle).

Fig.2.1 – Flip-flop tipo JK.

A estrutura lógica de um flip-flop JK parte de portas lógicas discretas como

mostra o circuito a seguir:

Fig.2.2 – Circuito lógico do Flip-flop JK e sua tabela verdade.

Fig.2.3 – Formas de onda do flip-flop JK.

  • Em AB o multimetro indicava resistência infinita com a chave em A ou em B indicando não haver ligação entre esses dois pontos;
  • Em CB foi indicado resistência infinita para a chave em A e zero para a chave em B indicando o contato entre C e B e não contato entre A e C;
  • Em CA foi indicado resistência infinita para a chave em B e zero para a chave em A indicando o contato entre C e A e não contato entre C e B;

Verificada a coerência desses resultados concluímos estar funcionando corretamente a chave dada. Ligamos então a chave seguindo o esquema abaixo:

Fig.3.3 – Ligação da chave.

Conectamos esse circuito ao osciloscópio deixando a chave em A para ter como saída nível lógico 1 depois ajustamos o osciloscópio para o modo single-shot e fechamos a chave para detectarmos o momento de fechamento da chave.

Fig.3.4 – Forma de onda com trepidação.

Verificamos através do osciloscópio que o fechamento da chave não é simultânea e ocorre uma trepidação que pode causar efeitos indesejáveis no circuito. Para resolvermos esse problema inserimos na chave um flip-flop, como no fechamento ele armazena o nível lógico referente, a trepidação da chave não influencia no sinal de saída. Para verificarmos isto conectamos a chave num flip-flop da seguinte maneira:

Fig.3.5 – Chave ligada em flip-flop.

Utilizamos novamente o osciloscópio no modo single-shot para verificar o mesmo fechamento da chave e sua forma de onda.

Fig.3.6 – Montagem da chave e eliminação da trepidação.

Verificamos que após o fechamento da chave o sinal permanece constante e constatamos então que a aplicação do flip-flop de fato eliminou o problema da trepidação.

Partimos então para a exploração de outra aplicação dos flip-flops que é o divisor de freqüência. Podemos reduzir uma freqüência de entrada de um circuito utilizando um circuito construído com flip flops JK síncronos. Utilizamos um circuito integrado contendo dois flip-flops JK e primeiramente testamos no módulo de chaves construindo sua tabela verdade e verificando que o C.I. se encontrava funcionando corretamente.

Construímos o seguinte circuito:

Fig.3.7 – Circuito divisor de frequência.

Verificando no osciloscópio as saídas Q1 e Q2 pudemos medir o período de cada uma delas e posteriormente calcular sua frequência. Sabendo que foi inserido uma frequência de 1kHz na entrada, em Q1, o período medido foi de 0,002s que indica uma frequência de 500Hz, ou seja, metade da frequência de entrada. Em Q2 mediu-se 0,004s o que indica uma frequência de 250Hz ou seja, metade da medida em Q1 e um quarto da frequência de entrada. Estes resultados comprovam então a divisão de frequência nos seus consecutivos estágios e assim, o funcionamento e aplicação desse circuito com

4. Conclusões.

Neste experimento usamos flip-flops do tipo JK que são circuitos básicos de

memória (seqüenciais), leds, chaves e resistências na implementação de circuitos

divisores de freqüência, de circuitos que eliminam o problema da trepidação de chaves

mecânicas e de registradores. A implementação do Flip Flop foi feita utilizando portas

nand e sua tabela verdade foi feita aplicando os valores possíveis na entrada e

observando a saída pelos leds.

Com o osciloscópio mostrando os sinais de uma chave mecânica sendo fechada

o circuito que usa apenas resistências, podemos observar uma trepidação. Já no circuito

que usa, além das resistências, o flip flop, não foi observado nenhuma trepidação

quando fechamos a chave.

Na implementação do circuito de divisão de freqüência usamos o flip flop JK

para dividir a freqüência de um sinal de 1kHz do clock colocado na entrada do circuito.

Observando no osciloscópio, medimos a amplitude e freqüência das ondas de entrada e

saída dos estágios de divisão em seguida fizemos a contagem por meio dos leds que

confirmaram os sinais observados no osciloscópio.

Uma outra aplicação do flip flop JK foi na montagem de registradores. Após a

implementação do circuito pudemos observar que os dados colocados na entrada foram

registrados e armazenados pelo circuito implementado.

Com estes experimentos pudemos verificar algumas aplicação de flip flops,

como em divisores de freqüência, registradores e na eliminação do efeito de trepidação

de chaves mecânicas, e assim pudemos comprovar a teoria aplicada.