21/07/2010

1

ELETRÔNICA DIGITAL

Parte 7Latch Flip-Flop

Prof. Stefano

Latch, Flip-Flope Contadores

Prof.: Stefano

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Latch e Flip-Flop

• DESAFIO 1: Projetar um contador de 0 até 99 paracontar o número de veículos que entram em umestacionamento;

2

Latch e Flip-Flop

• DESAFIO 2: Projetar um contador de 0 até 999 paracontar as peças em uma esteira na linha deprodução que acione um alarme quando chegarem um valor pré‐determinado;

3

• Para facilitar a análise inicial será considerado que as portas lógicas são ideais, ou seja, não tem atrasos na resposta;

• Relembrando:

• FUNÇÃO NAND (NÃO E):

Latch e Flip-Flop

4

SÍMBOLO

1

1

1

0

Expressão L = A . B

Se uma das entradas for 0 a saída será 1

• O circuito abaixo é conhecido como Latch RS (Trava), cujofuncionamento será estudado em detalhes a seguir.

Latch RS

SnQ

• Para se considerar que o circuito está funcionandocorretamente ele deverá atender algumas considerações:

– Ele não poderá se tornar instável (oscilar indefinidamente);

– As saídas deverão sempre ter lógica invertida.

5

RnQ

• Como temos a realimentação das saídas Q e Q nas portas deentrada a resposta não depende simplesmente do sinal deentrada, mas também do nível lógico da saída;

• Assim, será feito uma análise considerando a variação do nívellógico na entrada, como sempre é feito, mas adicionalmente

Latch RS

g piremos supor as diferentes possibilidades na saída Q, obtendoassim uma tabela verdade expandida, para então analisarmoso resultado;

• Na saída utilizaremos a denominação de Qi (inicial) para ovalor atribuído inicialmente para a saída Q, e Qf (final) para ovalor final encontrado para a saída Q.

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2

Sn Rn Qi Qf

1 1 0

1 1 1

Latch RS

Sn Qi

A seguir temos a tabela verdade expandida com o circuito ao lado.

Qf

1 0 0

1 0 1

0 1 0

0 1 1

0 0 0

0 0 1

7

RnQ

• Na sequência faremos a análise de cada linha da tabela verdade.

• Linha 1, Sn= 1, Rn= 1 e Qi= 0;

Latch RS

Sn QiQf1 0

10

8

RnQ

1

0

1

• Linha 2, Sn= 1, Rn= 1 e Qi= 1;

Latch RS

Sn QiQf1 1

01

9

RnQ

1

1

0

• Linha 3, Sn= 1, Rn= 0 e Qi= 0;

Latch RS

Sn QiQf1 0

10

10

RnQ

0

0

1

• Linha 4, Sn= 1, Rn= 0 e Qi= 1;

Latch RS

Sn QiQf1 1

10

11

RnQ

0

1

1

0

• Linha 5, Sn= 0, Rn= 1 e Qi= 0;

Latch RS

Sn QiQf0 0

01

12

RnQ

1

0

1

1

0

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• Linha 6, Sn= 0, Rn= 1 e Qi= 1;

Latch RS

Sn QiQf0 1

01

13

RnQ

1

1

0

• Linha 7, Sn= 0, Rn= 0 e Qi= 0;

Latch RS

Sn QiQf0 0

11

14

RnQ

0

0

1

X

• Linha 8, Sn= 0, Rn= 0 e Qi= 1;

Latch RS

Sn QiQf0 1

11

15

RnQ

0

1

1

X

Sn Rn Qi Qf

1 1 0 0

1 1 1 1

1 0 0 0

Latch RS

Com isso a tabela verdade expandida tem os valores completados abaixo, com a tabela simplificada ao lado.

NÃO MUDA

Sn Rn Q

1 1 Não muda

1 0 0

1 0 1 0

0 1 0 1

0 1 1 1

0 0 0 X

0 0 1 X

16

• Na sequência faremos a análise de cada linha da tabela verdade.

0

1

EVITAR

0 1 1

0 0 X ‐ Evitar

• Do circuito Latch RS chegamos a tabela verdade do circuito.

Latch RS

Sn Q Sn Rn Q

1 1 Não muda

17

RnQ

1 0 0

0 1 1

0 0 X ‐ Evitar

• Acrescentaremos uma entrada de Habilitação, conhecidacomo ENABLE.

• Podemos observar no circuito abaixo que foram incluídas maisduas portas NAND, e nomearemos agora as duas entradas deS e R, para não confundir com as outras do circuito LATCH RS,a Sn e Rn, que também estão representadas no circuito

Latch RS com ENABLE

abaixo;

18

S

R

ENABLE

Q

Q

Sn

Rn

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• Quando a entrada ENABLE tiver nível lógico 0 fará com que as duas portas NAND da entrada tenham a saída com nível lógico 1, resultando que nas entradas Sn e Rn teremos o nível lógico 1 aplicando, não mudando a saída.

Latch RS com ENABLE

S Sn

19

R

ENABLE

Q

Q

Rn

0

0

01

1 Não Muda

Assim, para mantermos habilitado o circuito a entrada ENABLE deverá estarcom nível lógico 1.

• Considerando que na entrada ENABLE será aplicado o nível lógico 1 poderemos estudar o comportamento do circuito com as variações nas outras entradas conforme a tabela verdade ao lado.

Latch RS com ENABLE

20

S

R

ENABLE

Q

Q

Sn

Rn

1

1

1

S R Q

0 0

0 1

1 0

1 1

• Linha 1: S = 0, R = 0.

Latch RS com ENABLE

S

QSn

1

01

Não Muda

21

R

ENABLE

Q

Rn

11

01

• Linha 2: S = 0, R = 1.

Latch RS com ENABLE

S

QSn

1

01

0

22

R

ENABLE

Q

Rn

11

10 1

• Linha 3: S = 1, R = 0.

Latch RS com ENABLE

S

QSn

1

10

1

23

R

ENABLE

Q

Rn

11

01 0

• Linha 4: S = 1, R = 1.

Latch RS com ENABLE

S

QSn

1

10

1

24

R

ENABLE

Q

Rn

11

10 1

Evitar

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5

• Com isso podemos completar a tabela verdade  abaixo.

Latch RS com ENABLE

S

QSn

S R Q

0 0 Não Muda

25

R

ENABLE

Q

Rn

0 1 0

1 0 1

1 1 X ‐ Evitar

• Cada porta tem um certo valor de atraso. No circuito com portas inversoras abaixo podemos observar o atraso entre a resposta da saída após a mudança de nível lógico na entrada.

Circuito Detector de Transição

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• Para o circuito abaixo se considerarmos este atraso teremos:

Circuito Detector de Transição

27

Na saída teremos um pulso por um curto intervalo de tempo toda vez queL1 passar do nível lógico 0 para o nível lógico 1.

• Podemos ter tanto a transição na subida ou descida do pulso

Latch RS

28

• Na figura abaixo temos o FLIP‐FLOP JK

Flip-Flop JK

29

• Abaixo temos o esquema do FLIP‐FLOP JK com a tabela verdade.

Flip-Flop JK

30

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6

• Se aplicarmos um sinal de CLOCK na entrada, e colocarmos as entradas J e K em nível lógico 1, teremos as curvas abaixo:

Flip-Flop JK

31

A cada descida do pulso do CLOCK de entrada a saída muda de nível lógico

• Se ligarmos 4 FLIP‐FLOP JK conforme o esquema abaixo teremos um contador:

Flip-Flop JK

Q3 Q2 Q1 Q00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 11 0 0 0

32

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0

0000

0001

0010

A cada descida do CLOCK incrementa o contador

0011

0100

• FLIP‐FLOP JK 7476 ( Dual JK)

Flip-Flop JK

Símbolo

Tabela Verdade

33

Pinagem

• Na figura abaixo temos o FLIP‐FLOP JK 7476 como contador

Flip-Flop JK

34

Exercício 1: Considere o circuito abaixo, onde Q1=Q2=1 eQ0=Q3=0, complete as curvas de cada saída abaixo:

Flip-Flop JK

35

CONTADOR ATÉ 9 COM 7476.

Para obtermos um contador até 9 deveremos “Resetar” ocontador no 10º pulso. Para isso utilizaremos uma porta NAND.

As etapas são as seguintes:

1. Some 1 ao número desejado. Ex. 9 + 1 = 10;

2. Converta o número obtido em binário. 1010 = 10102;

i bi i í l ló i d d

Flip-Flop JK

3. Ligue os bits que tiverem em nível lógico 1 na entrada daporta NAND. Ex. No caso o 2º e o 4º bit;

4. Desconecte a chave do Reset (R) e ligue a saída da portaNAND no lugar da chave, nas entradas R. O esquema finalficará como na figura do slide a seguir.

36

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7

CONTADOR ATÉ 9 COM 7476.

Flip-Flop JK

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Conta normalmente até 9. Quando chegar o 10º pulso nas entradas da portaNAND teremos nível lógico 1, levando a saída ao nível lógico 0 e com isso aentrada do reset é ativada, zerando o contador.

Contador com Flip‐Flop JK

• Bloqueio do sinal de contagem.

– Podemos precisar que o contador conte até um certo valor, porexemplo, para completar um determinado lote e depois pare acontagem e tome alguma ação, por exemplo ative algum sinalluminoso ou sonoro para informar ao operador que o lote estácompleto e a contagem somente reinicie após o operador ter trocadoa caixa onde as peças produzidas são colocadas.

l l b– Nesse caso podemos utilizar uma porta AND, lembrando suaspropriedades:

38

1 . X = X0 . X = 0

• EXERCÍCIO 2: Projete um contador com o 7490 até 50 e depois pare,ligando uma lâmpada L1 para informar ao operador para trocar a caixaonde são armazenadas as peças produzidas. Após a troca da caixa ooperador deverá apertar um botão e com isso o contador é zerado e alâmpada é apagada.

• Sabe‐se que o motor irá parar automaticamente quando o contadorchegar em 50. O valor da contagem deverá ser mostrado através dedisplays.

Contador 7490

39

Contador 7490

• Resolução: A parada irá ocorrer em 50, ou seja 5 na dezena ,assim 510 = 01012

• Sugere‐se que, como medida geral, aqueles que estiverem em1 liguem direto e os que estiverem em 0 utilizem um inversorapara ligar em uma porta NAND.

1

• A saída da porta NAND deverá ser ligada a entrada de umaporta AND, colocada entre o S1 e a entrada do contador

40

010

Contador 7490

1

41

010

Contador decrescente

42

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8

Contador com Flip‐Flop JK

• Exercício 3: Considere o sistema de seleção de peças visto naetapa anterior(6). Se a caixa do modelo 2 estiver passandoconsidere como aprovado, ligando a lâmpada L1, casocontrário como reprovado, ligando a lâmpada L2. Projete umcircuito digital com o 7476 que conte e mostre em um displayquantas peças foram aprovadas. Quando chegar em 7 peçasele deverá ligar a lâmpada L3, indicando que o lote estág p qcompleto.

43

Considere que o motor desligaautomaticamente quando a lâmpadaL3 ligar.E

Contador 7490

• É um C.I. onde os flip‐flop já vem incorporados, facilitando asua utilização como contador.

SET

CP0

44RESET

CP1

Contador 7490

Diagrama funcional - Pinagem

MS1, MS2 – Entradas SET [ R9(1), R9(2) ]

MR1, MR2 – Entradas Reset [ R0(1), R0(2) ]

CP0,CP1 – Entradas CLOCK [CKA, CKB]

45

Contador 7490

Tabela Verdade

46

Contador 7490

Exemplo de ligação

47

Atenção

Contador 7490

Contador até 5

Reset= Nr. Desejado + 1

E conectar com as entradasRESET.

48

Exemplo : Contador até 55 + 1 = 610 01102

Ligar em Q2 e Q1.

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9

Contador 7490

Contador com dois dígitos

UNIDADEDEZENA

Contador até 99

49

Quando a unidade chega em 8 (1000) liga a saída Q3 em 1, após o 9, quando voltarpara 0 novamente, incrementa a dezena (descida do pulso).

• Exercício 4: No sistema abaixo o sensor S1 é utilizado para contar quantaspeças são colocadas na caixa.

• Projete um circuito digital com o 7490 que conte e mostre através dedisplays quantas peças foram colocadas na caixa.

EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO

50

Contador 7490

Contador até 59

Exemplo : Contador até 55 + 1 = 610 01102

Ligar em Q2 e Q1.

UNIDADEDEZENA

51

Como a unidade“reseta” automati-camente depois do9 não precisamosnos preocupar comela.

• EXERCÍCIO 5: Projete um contador com o 7490 até 50 e depois pare,ligando uma lâmpada L1 para informar ao operador para trocar a caixaonde são armazenadas as peças produzidas. Após a troca da caixa ooperador deverá apertar um botão e com isso o contador é zerado e alâmpada é apagada.

• Sabe‐se que o motor irá parar automaticamente quando o contadorchegar em 50. O valor da contagem deverá ser mostrado através dedisplays.

Contador 7490

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Contador 7490

• Resolução: A parada irá ocorrer em 50, ou seja 5 na dezena ,assim 510 = 01012

• Sugere‐se que, como medida geral, aqueles que estiverem em1 liguem direto e os que estiverem em 0 utilizem um inversorapara ligar em uma porta NAND.

1

• A saída da porta NAND deverá ser ligada a entrada de umaporta AND, colocada entre o S1 e a entrada do contador

53

010

Contador 7490

1

54

010

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10

Contador 7490

Contador até 23

Nesse caso o RESETacontece em 24.

55

Com o número“quebrado” devemosligar as entradasRESET separadas

• Exercício 6: No sistema abaixo o sensor S1 é utilizado para contar quantaspeças são colocadas na caixa. Quando chegar em 50 peças a lâmpada L1deverá ligar para avisar ao operador para trocar a caixa e ao mesmotempo o motor M1 deverá ser desligado. Após trocar as caixas o operadoraperta o botão B1 com isso o contador é zerado e o motor ligadonovamente.

• Projete um circuito digital com o 7490 que conte e mostre através dedisplays quantas peças foram colocadas na caixa. Considere que o motor

EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO

tem um controlador com uma entrada digital E, que enquanto ela estiverem 1 o motor permanece ligado, e se for 0 desliga

56

• EXERCÍCIO 7: Projete um relógio com indicação de horas e minutos.Considere que a base de tempo do CLOCK é de 1 minuto.

• EXERCÍCIO 8: Projete um cronômetro para 1’ 59”. Ele deverá ter um botão,com trava, que tem as funções de início, ao ser pressionado o cronômetrocomeça a marcar, e se o botão for pressionado novamente, voltando aoestado inicial, tem a função de pausa, ele para de marcar o tempo. E umoutro botão que ao ser pressionado ele zera o cronômetro, independente

Contadores

q p , pse ele está andando ou parado.

57

EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃOExercício 9 : No sistema abaixo o nível é monitorado pelo conjunto de sensores S0 aS8, sendo que o número de cada sensor representa o nível do líquidocorrespondente em metros. Considerando que ele está vazio a válvula V1 deve serligada até que o nível chegue em 6 metros , quando então o motor do misturadordeve ser ligado. Após isso a válvula V3 deve ser ligada até que o tanque chegue em9 metros quando então o misturador é desligado e a válvula V2 é ligada até que otanque fique vazio (0). O nível deverá ser visível em um display.

58

Projete os circuitosnecessários para resolver oproblema. Considere que omotor tem um controladorcom uma entrada digital E,que enquanto ela estiver em1 o motor permanece ligado,e se for 0 desliga

Contador 7493

CP0

CP1

59

RESET

Contador 7493

Diagrama funcional - Pinagem

MR1, MR2 – Entradas Reset [ R0(1), R0(2) ]

CP0,CP1 – Entradas CLOCK [CKA, CKB]

NC – não conectado

60

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11

Contador 7493

Tabela Verdade

61

Contador 7493

Exemplo de ligação

62

Contador até15 (F)

Contador 74190Contador UP/DOWN até 9

63

Contador 74190

Diagrama funcional - Pinagem

CE – Enable [CTEN]

CP – Entrada CLOCK [CLK] ‐ Positiva

PL – Carrega entrada [LOAD]

U/D – Crescente(UP)/Decrescente(DOWN) [D/U]

D3 – D0 – Entrada Dados [D,C,B,A]

RC – Pulso negativo na transição  9 – 0 [RCO]

TC – Pulso positivo na transição  9 – 0 [MAX/MIN] 64

Contador 74190

65

Contador 74190

Exemplo de ligação

66

Contador UP/DOWNaté 9

Pesquise comomontar um contadordecrescente de 99 até0 com 74190 sem utilizarmais nenhum outro C.I.

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EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃODESAFIO: No sistema abaixo, as peças são levadas pela esteira até uma caixa.Inicialmente o operador programa através de duas teclas, dezena e unidade, otamanho do lote que vai na caixa. Depois disso ele aperta o botão B1 e com isso ovalor programado é carregado no display e o motor é ligado fazendo com que aesteira comece a levar peças até a caixa. A medida que as peças vão passando ovalor do contador vai diminuindo e quando ele chega em zero o motor M1 édesligado e a lâmpada L1 é ligada, informando que o operador tem que trocar acaixa. Para começar um novo ciclo o operador deve apertar o botão B1 novamente.

67

Projete os circuitosnecessários para resolvero problema. O motor temum controlador com duasentradas digitais X1 e X2.Um pulso positivo em X1liga o motor e um pulsopositivo em X2 desliga omotor.

• Tocci e Widmer.Sistemas Digitais. Princípios e Aplicações;

• Floyd. Sistemas Digitais. Fundamentos e Aplicações;

• Idoeta e Capuano Elementos de Eletrônica

REFERÊNCIAS

68

• Idoeta e Capuano. Elementos de Eletrônica Digital

• Mairton. Eletrônica Digital. Teoria eLaboratório

• www.alldatasheet.com

• Notas de aula. Professor Stefano