Circuitos Digitais. Tipos de circuitos digitais: Circuitos combinacionais Circuitos sequenciais

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1 1 Tipos de circuitos digitais: Circuitos combinacionais Circuitos sequenciais Circuitos Digitais Circuito combinacional: Circuito não é capaz de armazenar um valor Possui portas lógicas conectadas para produzir valor dos sinais de saída Valor dos sinais de saída depende apenas do valor dos sinais de entrada Circuito sequencial: Circuito capaz de armazenar valores Possui portas lógicas conectadas para produzir valor dos sinais de saída e valores a serem armazenados Valor dos sinais de saída depende do valor dos sinais de entrada e dos valores armazenados no circuito

2 2 Circuitos Sequenciais Elementos de estado ou elementos de memória Exemplos de circuitos sequenciais: Latch: Latch Set-Reset Latch tipo D... Flip-flop: Flip-flop tipo D Flip-flop tipo T... Registrador: Registrador de deslocamento (shift register) Registrador contador Conjunto de registradores Memória

3 Sinal do Clock (Relógio) Sinal digital que forma onda periódica Determina quando eventos devem acontecer no hardware Ciclo do clock dividido em 2 partes: clock em 0 e clock em 1 Transição (borda) do clock: Transição de subida: de 0 para 1 Transição de descida: de 1 para 0 Período do clock ou tempo de ciclo do clock: Duração de 1 ciclo do clock Frequência do clock ou taxa do clock: N o de ciclos em 1 segundo frequência do clock = n o de ciclos em 1 s período do clock... 1 s tempo 3

4 4 Circuitos Sequenciais e Sinal do Clock Circuito sequencial possui clock como sinal de entrada: Para determinar quando estado do circuito deve ser atualizado Habilitar escrita (armazenamento) de um valor no circuito Sistema síncrono: Possui sinal de clock Funcionamento do sistema é temporizado (sincronizado) pelo sinal do clock Metodologias de temporização: Circuito level-triggered: Mudanças de estado no circuito ocorrem quando clock tem um determinado valor (0 ou 1) Circuito edge-triggered: Mudanças de estado no circuito ocorrem em uma transição do clock (de subida ou descida)

5 5 Habilitação de Escrita em Circuitos Sequenciais Escrita no circuito sequencial: Mudança do valor armazenado no circuito Circuito que deve ser atualizado a cada ciclo do clock: Possui clock como sinal de entrada Escrita no circuito é habilitada por: Sinal do clock Circuito que deve ser atualizado em determinadas situações: Possui clock como sinal de entrada Possui sinal de controle de entrada Write ou Enable Escrita no circuito é habilitada por: Combinação (AND) de sinal do clock com sinal de controle

6 6 Latches Latch: Elemento de memória mais simples Capaz de armazenar valor de 1 bit Saída do circuito é valor armazenado no circuito Tipos de latches: Latch S-R: Latch mais simples Não possui sinal do clock como entrada Latch tipo D: Possui sinal do clock como entrada Sinal do clock habilita escrita no circuito...

7 Latch Set-Reset (S-R) Não possui sinal do clock como entrada Composto por: 2 portas NOR (ou 2 portas NAND) Entradas: Sinal S (Set): deve armazenar valor 1 Sinal R (Reset): deve armazenar valor 0 Saídas: Sinal Q: valor armazenado no circuito Sinal Q: complemento de Q Entradas Saídas S R Q Q Funcionamento 0 0 Q anterior Q anterior Valor armazenado não muda Reset: valor armazenado passa para Set: valor armazenado passa para Não utilizado 7

8 8 Latch Tipo D (Dado) Possui sinal de dado de entrada: Valor armazenado no circuito é valor do dado de entrada Possui sinal do clock como entrada Circuito level-triggered: Valor armazenado muda se dado de entrada muda e clock está em 1 Composto por: Latch S-R e portas adicionais Entradas: Sinal D: dado a ser armazenado Sinal C: clock Saídas: Sinal Q: valor armazenado Sinal Q: complemento de Q

9 9 Latch Tipo D: Funcionamento Sensível ao nível 1 do clock: Se C = 0 : Latch está fechado S = 0 e R = 0 Q = Q anterior Valor armazenado não muda (é o valor armazenado na última vez que latch esteve aberto) Se C = 1 : Latch está aberto S = D e R = D Q = D Armazena valor de D

10 10 Latch Tipo D Latch tipo D é transparente: Sempre que C = 1: Valor armazenado e saída Q recebem o valor da entrada D Exemplo: Inicialmente Q = 0 Quando C passa para 1, latch é aberto e Q recebe valor de D

11 11 Flip-flops Flip-flop: Elemento de memória simples Capaz de armazenar valor de 1 bit Saída do circuito é valor armazenado no circuito Construído usando latches Tipos de flip-flops: Flip-flop tipo D: Possui sinal do clock como entrada Sinal do clock habilita escrita no circuito Flip-flop tipo T Flip-flop JK...

12 12 Latch Flip-flop Latch com clock flip-flop com clock: Diferença: como clock causa atualização do valor armazenado no circuito Latch com clock: Valor armazenado muda se dado de entrada muda e clock está em 1 Latch é level-triggered Latch é transparente Flip-flop com clock: Valor armazenado muda se dado de entrada muda e clock está em uma transição Flip-flop é edge-triggered Flip-flop não é transparente

13 13 Flip-flop Tipo D (Dado) Possui sinal de dado de entrada: Valor armazenado no circuito é valor do dado de entrada Possui sinal do clock como entrada Circuito edge-triggered: Valor armazenado muda se dado de entrada muda e clock está em transição de subida (ou descida) Entradas: Sinal D: dado a ser armazenado Sinal C: clock Saídas: Sinal Q: valor armazenado no circuito Sinal Q: complemento de Q Composto por: 2 latches tipo D e porta NOT

14 14 Flip-flop Tipo D, Sensível à Transição de Subida do Clock Funcionamento: Se C = 0 : Primeito latch está aberto e armazena e gera como saída valor de D Quando C passa para 1 (transição de subida): Primeiro latch fecha e segundo latch abre e armazena e gera como saída valor de D

15 15 Flip-flop Tipo D, Sensível à Transição de Descida do Clock Funcionamento: Se C = 1 : Primeito latch está aberto e armazena e gera como saída valor de D Quando C passa para 0 (transição de descida): Primeiro latch fecha e segundo latch abre e armazena e gera como saída valor de D

16 16 Exemplo Latch tipo D, flip-flop tipo D sensível à borda de subida e flip-flop tipo D sensível à borda de descida

17 Flip-flop Tipo D, Sensível à Transição de Subida do Clock 17

18 Flip-flop Tipo D, Sensível à Transição de Subida do Clock 18

19 19 RESET ou CLEAR: Flip-flop com RESET e PRESET Sinal de controle que comanda a escrita de 0 no flip-flop PRESET: Sinal de controle que comanda a escrita de 1 no flip-flop Reset e Preset síncronos: Reset e Preset só ocorrem se estão ativos na transição do clock Reset e Preset assíncronos: Reset e Preset ocorrem quando são ativados, independente da transição do clock

20 20 Flip-flop com RESET e PRESET Síncronos Flip-flop tipo D sensível à transição de subida do clock

21 21 Flip-flop com RESET e PRESET Assíncronos Flip-flop tipo D sensível à transição de subida do clock

22 22 Flip-flop Tipo T (Toggle) Entradas: Sinal T : habilita inversão do valor armazenado Sinal C: clock Saídas: Sinal Q: valor armazenado no circuito Sinal Q: complemento de Q Circuito edge-triggered: Valor armazenado é invertido se sinal T está em 1 e clock está em transição de subida (ou descida) Pode ser construído com flip-flop tipo D e portas adicionais Aplicação de flip-flops: Tipo D: Construção de registradores Tipo T: Construção de circuitos contadores

23 23 Flip-flop Tipo T, Sensível à Transição de Subida do Clock Funcionamento: Na transição de subida do clock C: Se T = 0, então Q = Q anterior Se T = 1, então Q = Q anterior

24 Flip-flop Tipo T, Sensível à Transição de Subida do Clock 24

25 25 Tempo de Setup (Preparação) e Hold (Manutenção) Tempo de Setup: t setup Intervalo de tempo imediatamente antes da borda ativa do clock, em que entradas devem permanecer estáveis, para FF responder de forma confiável Tempo de Hold: t hold Intervalo de tempo imediatamente após a borda ativa do clock, em que entradas devem permanecer estáveis, para FF responder de forma confiável