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Circuitos Digitais Tipos de circuitos digitais: Circuitos combinacionais Circuitos sequenciais 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 1

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Circuitos Digitais

• Tipos de circuitos digitais:• Circuitos combinacionais• Circuitos sequenciais

• 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

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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

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Sinal do Clock (Relogio)• 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: No de ciclos em 1 segundo

tempo

...

0

1

...1 s

perıodo do clock

frequencia do clock = no de ciclos em 1 s

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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 determinadovalor (0 ou 1)

• Circuito edge-triggered :• Mudanças de estado no circuito ocorrem em uma transição do clock

(de subida ou descida)

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Habilitacao 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

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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

• ...

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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 SaídasFuncionamento

S R Q Q

0 0 Q anterior Q anterior Valor armazenado não muda0 1 0 1 Reset: valor armazenado passa para 01 0 1 0 Set: valor armazenado passa para 11 1 – – Não utilizado

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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

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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

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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

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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• ...

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Latch 6= Flip-flop

• Latch com clock 6= 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

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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

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Flip-flop Tipo D, Sensıvel a Transicao 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 esegundo latch abre e armazena e gera como saída valor de D

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Flip-flop Tipo D, Sensıvel a Transicao 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 esegundo latch abre e armazena e gera como saída valor de D

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Exemplo

• Latch tipo D,flip-flop tipo D sensível à borda de subida eflip-flop tipo D sensível à borda de descida

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Flip-flop Tipo D, Sensıvel a Transicao de Subida do Clock

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Flip-flop Tipo D, Sensıvel a Transicao de Subida do Clock

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Flip-flop com RESET e PRESET

• RESET ou CLEAR:• 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

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Flip-flop com RESET e PRESET Sıncronos

• Flip-flop tipo D sensível à transição de subida do clock

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Flip-flop com RESET e PRESET Assıncronos

• Flip-flop tipo D sensível à transição de subida do clock

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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

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Flip-flop Tipo T, Sensıvel a Transicao 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

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Flip-flop Tipo T, Sensıvel a Transicao de Subida do Clock

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Tempo de Setup (Preparacao) e Hold (Manutencao)

• Tempo de Setup: tsetup

• 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: thold

• Intervalo de tempo imediatamente após a borda ativa do clock,em que entradas devem permanecer estáveis,para FF responder de forma confiável

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