SISTEMAS DIGITAIS LETI, LEE Ano lectivo de 2013/2014 Trabalho 3 Latches e Flip-Flops

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1 SISTEMAS DIGITAIS LETI, LEE Ano lectivo de 2013/2014 Trabalho 3 Latches e Flip-Flops 1. Introdução Este trabalho foi concebido para que os alunos se familiarizem com o uso de latches e flip-flop. Inicia-se com este trabalho a abordagem ao estudo dos circuitos sequenciais síncronos nas aulas de laboratório. Dado que as saídas de um circuito síncrono dependem não só das suas entradas no instante presente, mas também do seu estado anterior, é necessário ter particular atenção com os valores a colocar nas entradas dos circuitos. Os interruptores usados nas precedentes aulas de laboratório para gerar sinais de entrada sofrem do fenómeno de bounce, o que os torna inadequados para o uso em certas entradas dos circuitos sequenciais, como por exemplo no caso do clock. A fim de evitar os efeitos nefastos do bounce nas entradas críticas de um circuito sequencial, deverá recorrer aos botões de pressão existentes na base. Atenção: O mecanismo de debounce associado aos interruptores de pressão da base é bastante rudimentar, e nem sempre funciona correctamente. Se se usar a ponta de uma caneta na vertical para pressionar os botões, os resultados serão bastante mais fiáveis. Consulte a secção de a propósito do fenómeno bounce nos interruptores. Cada grupo deverá enviar até ao início da aula um pré-relatório contendo as secções indicadas no final deste enunciado e as respostas às perguntas colocadas ao longo do enunciado. No fim da aula deverão completar, alterar (se necessário) e reenviar o relatório. Parte I: Latches I.1 Projecto e simulação (a realizar em casa) Pretende-se um circuito para controlar o abrir/fechar duma torneira que enche um tanque de rega. O seu funcionamento é o seguinte: O circuito tem duas entradas, Inf e Sup, e uma saída, Torn; a torneira está aberta se e só se Torn =High; Na superfície da água, há uma sonda boiando - que naturalmente vai subindo ou descendo à medida que o tanque vai enchendo ou esvaziando;

2 Quando o tanque está a vazar, assim que a sonda desce abaixo dum dado nível, N inf, a variável de entrada Inf fica Low e a torneira deve abrir enchendo o tanque. Assim que a sonda volta a passar N inf no sentido ascendente, Inf irá ficar High, mas a torneira deve continuar aberta; Quando o tanque está a encher, assim que a sonda sobe acima dum dado nível, N sup, a variável de entrada Sup fica High e a torneira deve fechar. Se algum tempo depois o tanque começar a esvaziar, Sup irá ficar Low, mas a torneira deve continuar fechada; Para bom entendedor, nunca acontece ficar Inf=Low e Sup=High, em simultâneo 1. Projete um circuito que concretize a funcionalidade especificada acima utilizando unicamente portas NAND. Ao projetar o circuito tome nota do raciocínio utilizado para, a partir de uma folha em branco, conseguir chegar ao circuito final. Terá que apresentar esse raciocínio no pré-relatório. 2. Desenhe no simulador Circuit Maker student edition o esquema lógico do circuito que projetou. 3. Analise o esquema lógico a que chegou e complete o diagrama temporal 1. Diagrama Temporal 1 SUP INF TORN 4. Qual o valor de Torn quando Inf=Low e Sup=High? 5. Faça um esquema elétrico baseado no circuito lógico (tornando visíveis os pinos de entrada, saída e a alimentação (+5V/GND)). Faça uma lista dos CIs necessários para montar o circuito. Para obter a lista de CIs use o ficheiro Trab2.BOM, que é gerado com o comando File\Bill of materials do Circuit Maker. Inclua essa informação no pré-relatório. I.2 Montagem do circuito (no laboratório) Monte o circuito na breadboard a partir do esquema elétrico. Ligue as entradas SUP e INF a um interruptor, e a saída a um Led da base. Após verificar que o circuito funciona bem, mostre-o ao docente.

3 II.1 Preparação (a realizar em casa) Considere o seguinte flip-flop JK: Parte II: Flip- Flops R_L J_H CLK K_H FF1 R 1J C1 1K Q_H 1. Complete a linha Q_Ht do diagrama temporal 2 de acordo com os resultados que pode prever teoricamente sobre o funcionamento deste flip-flop (considere os tempos de propagação do FF desprezáveis face ao período de relógio). 2. Desenhe o esquema eléctrico completo do circuito (tornando visíveis os pinos de entrada, saída e a alimentação (+5V/GND)). Diagrama Temporal 2 CLK J_H K_H R_L Q_Ht Q_Ho 3. Utilize Circuit Maker student edition para simular e confirmar os resultados do diagrama temporal 2.

4 II.2 Montagem do circuito (no laboratório) Monte o circuito e verifique o seu funcionamento preenchendo a linha Q_Ho do diagrama temporal 2. Mostre o circuito ao docente. Pré- Relatório e Relatório O pré-relatório deve conter as secções seguintes, e tem que ser enviado por para o vosso docente de laboratório até pelo menos 1 hora antes do início da aula: 1) Introdução contendo informação sobre como projetou o circuito da parte 1 do trabalho. Deve descrever como chegou ao circuito apresentado partindo de uma folha em branco e utilizando os conhecimentos adquiridos sobre elementos básicos de memória. 2) Diagramas lógicos dos circuitos obtidos através do Circuit Maker. 3) Diagramas elétricos dos circuitos indicando os pinos dos CIs e identificando-os pela ordem por que foram montados na placa (U1, U2, U3, etc). Não esquecer os pinos de alimentação e massa. 4) Lista de componentes usados. Use a funcionalidade File\Bill of materials do Circuit Maker para a obter. O relatório consistirá no pré-relatório mais as secções que se indicam de seguida, e deve ser enviado por até à meia-noite do dia em que se faz o trabalho. 5) Uma secção contendo a descrição de como decorreu o trabalho de laboratório incluindo dificuldades encontradas durante a execução do mesmo, detecção e correção de erros, etc. 6) Conclusões a retirar sobre a realização do trabalho. Atrasos no envio do pré-relatório implicam uma penalização de 50% no valor correspondente à preparação do trabalho (4 valores a menos na nota do trabalho). Atrasos no envio do relatório serão penalizados com 2 valores por cada hora de atraso (após a meia-noite do dia em que o trabalho foi realizado). O pré-relatório e o relatório devem ser enviados em formato.pdf para o labsdtp@gmail.com (todas as aulas serão dadas pelo Prof. João Paulo Carvalho)

5 O assunto do deve ter o formato Lab#T$G%, em que: # corresponde ao número do trabalho (neste caso será 3). % corresponde ao número do grupo. $ corresponde ao número do turno de acordo com a seguinte tabela: Turno $ 3ª feira 9:00-10:30 1 3ª feira 14:00-15:30 2 4ª feira 10:00-11:30 3 5ª feira 8:30-10:00 4 5ª feira 11:30-13:00 5 5ª feira 13:30-15:00 6 O nome do ficheiro a enviar deve seguir a mesma convenção, acrescentando um p no final para o pré-relatório, e um r no caso do relatório: Lab#T$G%p Exemplo, relatório do 3º trabalho do grupo 6 do turno de 4ª feira às 10:00: Lab3T3G6r.pdf