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Novembro de 2005 Sistemas Digitais 1 Flip-flops Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Adaptados para l ó gica positiva por Guilherme Arroz SISTEMAS.

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1 Novembro de 2005 Sistemas Digitais 1 Flip-flops Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Adaptados para l ó gica positiva por Guilherme Arroz SISTEMAS DIGITAIS

2 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais2 Latch RS controlado EN (t) S (t) R (t) Q (t+t) 0xx Q (t)

3 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais3 Flip-Flops Ao contrário do que acontece com um latch, a mudança de estado de um flip- flop dá-se sempre num momento bem determinado Ao contrário do que acontece com um latch, a mudança de estado de um flip- flop dá-se sempre num momento bem determinado Num flanco de comutação de um impulso de relógio Num flanco de comutação de um impulso de relógio O relógio é controlado pelo utilizador O relógio é controlado pelo utilizador

4 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais4 Flip-Flops Impulso de relógio e flancos Impulso de relógio e flancos Flanco ascendente Flanco descendente

5 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais5 Flip-Flops A mudança de estado de um flip-flop é independente do momento em que as entradas são alteradas A mudança de estado de um flip-flop é independente do momento em que as entradas são alteradas Só ocorre junto ao flanco de relógio para o qual o flip-flop foi desenhado (flanco de comutação) Só ocorre junto ao flanco de relógio para o qual o flip-flop foi desenhado (flanco de comutação) É importante que as entradas (síncronas) não mudem quando ocorre o flanco de comutação É importante que as entradas (síncronas) não mudem quando ocorre o flanco de comutação

6 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais6 Flip-Flop RS Master-Slave Master Slave

7 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais7 Flip-Flop RS Master-Slave Quando CP está a 0, o master está isolado de possíveis variações nas entradas mantendo o estado anterior. O slave, por seu lado, está receptivo ao estado que o master impõe nas suas entradas, e assume esse estado. O estado do slave (e do flip-flop) fica, portanto, igual ao do master 0 0 1

8 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais8 Flip-Flop RS Master-Slave Quando CP passa de 0 para 1, o slave passa a ficar isolado do master, mantendo o estado anterior (uma vez que /CP vem a 0). O master, pelo contrário, passa a ficar aberto à influência das entradas e assume o estado que estas lhe impõem

9 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais9 Flip-Flop RS Master-Slave Agora CP está a 1, o slave está completamente isolado do master e o estado do flip-flop está estável. O master, pelo contrário, está totalmente aberto à influência das entradas e assume o estado que estas lhe impõem. 1 0

10 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais10 Flip-Flop RS Master-Slave Agora CP passa a 0, isolando o master da influência das entradas. O slave, por seu lado, adquire o estado que o master lhe impuser, eventualmente diferente do que anteriormente possuia. Se houver lugar a uma mudança de estado do slave (e do flip-flop), ela ocorre neste flanco descendente

11 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais11 Flip-Flop RS Master-Slave CP passa a 0 e o ciclo repete-se 0 1

12 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais12 Flip-Flop RS Master-Slave Em resumo, o flip-flop só muda de estado, se mudar, nos flancos descendentes dos impulsos de relógio aplicados a CP

13 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais13 Flip-Flop RS Master-Slave CP_H Flancos de comutação (descendentes)

14 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais14 Flip-Flop RS Master-Slave CP S (t) R (t) Q (t+t) 00 Q (t) ? 0xx 1xx O comportamento do flip-flop é imprevisível. Temos uma situação de corrida idêntica à que ocorre num Latch SR quando as entradas mudam simultaneamente de 1 para 0, ou num latch SR controlado quando a entrada de Enable fica inactiva, com S e R a 1

15 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais15 Flip-Flop JK Master Slave Para evitar a situação de imprevisibilidade do RS master-slave, surge o flip-Flop JK Para evitar a situação de imprevisibilidade do RS master-slave, surge o flip-Flop JK Num FF JK, quando ambas as entradas estão activas, o FF muda de estado Num FF JK, quando ambas as entradas estão activas, o FF muda de estado Também se diz que comuta Também se diz que comuta A entrada J tem o mesmo papel que a entrada S (faz o Set da saída Q) A entrada J tem o mesmo papel que a entrada S (faz o Set da saída Q) A entrada K tem o mesmo papel que a entrada R (faz o Reset da saída Q) A entrada K tem o mesmo papel que a entrada R (faz o Reset da saída Q)

16 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais16 Flip-Flop JK Master Slave O FF comuta (muda de estado) CP J (t) K (t) Q (t+t) 00 Q (t) xx 1xx

17 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais17 Flip-Flop JK Master-Slave

18 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais18 Flip-Flop JK Master-Slave Indica que o FF possui uma estrutura Master-Slave Símbolo IEC Qualificador de atraso: significa que a saída correspondente só comuta (muda, se mudar) no flanco que se segue ao que torna a entrada de relógio activa

19 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais19 Entradas assíncronas As entradas indicadas nos FFs anteriores (S, R, J e K) dizem-se síncronas porque os seus efeitos só se fazem sentir nas saídas imediatamente depois dos flancos de comutação As entradas indicadas nos FFs anteriores (S, R, J e K) dizem-se síncronas porque os seus efeitos só se fazem sentir nas saídas imediatamente depois dos flancos de comutação Isto se derem origem a mudanças de estado, senão os efeitos não se fazem sentir Isto se derem origem a mudanças de estado, senão os efeitos não se fazem sentir

20 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais20 Entradas assíncronas Mas os FFs também possuem, em geral, entradas assíncronas, cujos efeitos nas saídas se fazem sentir imediatamente, sem que os flancos de comutação intervenham Mas os FFs também possuem, em geral, entradas assíncronas, cujos efeitos nas saídas se fazem sentir imediatamente, sem que os flancos de comutação intervenham Isto é, não dependem dos impulsos de relógio Isto é, não dependem dos impulsos de relógio Para não se confundirem com as entradas de Set (S) e de Reset (R) designam-se, habitualmente, por Preset (o mesmo que Set) e por Clear (o mesmo que Reset) Para não se confundirem com as entradas de Set (S) e de Reset (R) designam-se, habitualmente, por Preset (o mesmo que Set) e por Clear (o mesmo que Reset)

21 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais21 Entradas assíncronas A actuação de uma das entradas assíncronas de Preset ou de Clear permite a colocação do flip-flop num determinado estado inicial (após o power-on) A actuação de uma das entradas assíncronas de Preset ou de Clear permite a colocação do flip-flop num determinado estado inicial (após o power-on) Naturalmente, só devemos activar uma dessas entradas de cada vez Naturalmente, só devemos activar uma dessas entradas de cada vez A não activação de ambas significa que o FF tem o seu comportamento síncrono habitual A não activação de ambas significa que o FF tem o seu comportamento síncrono habitual

22 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais22 Entradas assíncronas Clear (ou Reset) (Q = 0) Preset (Q = 1)

23 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais23 Flip-flops D MS À semelhança do que se fez nos Latches, é possível definir um flip-flop Master- slave do tipo D (com apenas uma entrada). À semelhança do que se fez nos Latches, é possível definir um flip-flop Master- slave do tipo D (com apenas uma entrada). Basta considerar um flip-flop SR em que a entrada R seja sempre igual à negação da entrada S Basta considerar um flip-flop SR em que a entrada R seja sempre igual à negação da entrada S

24 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais24 Flip-flops D MS O símbolo IEC de um flip-flop D Master- Slave é: O símbolo IEC de um flip-flop D Master- Slave é: 1D C1 R S

25 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais25 Flip-flops D MS Então, as saídas só comutam (mudam, se tiverem que mudar) no flanco seguinte (flanco descendente) Neste caso o ff comuta no flanco descendente 1D C1 R S A entrada de relógio fica activa quando esta linha vem a 1

26 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais26 Flip-flops Edge-triggered Os Flip-Flops Edge-Triggered reagem às entradas síncronas num determinado flanco do impulso de relógio (o flanco de comutação) Os Flip-Flops Edge-Triggered reagem às entradas síncronas num determinado flanco do impulso de relógio (o flanco de comutação) As mudanças nas saídas são, então, independentes dos níveis de tensão nas entradas ou das mudanças nesses níveis, excepto num curto intervalo de tempo em torno do flanco de comutação do ff As mudanças nas saídas são, então, independentes dos níveis de tensão nas entradas ou das mudanças nesses níveis, excepto num curto intervalo de tempo em torno do flanco de comutação do ff

27 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais27 Flip-flops Edge-triggered FF Edge-Triggered positivos: comutam no flanco ascendente do impulso de relógio (quando o relógio muda de 0 para 1) FF Edge-Triggered positivos: comutam no flanco ascendente do impulso de relógio (quando o relógio muda de 0 para 1) FF Edge-Triggered negativos: comutam no flanco descendente (quando o relógio muda de 1 para 0) FF Edge-Triggered negativos: comutam no flanco descendente (quando o relógio muda de 1 para 0)

28 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais28 Flip-flops D ET Num flip-flop D edge-triggered positivo Num flip-flop D edge-triggered positivo a saída Q assume o estado da entrada D quando se dá uma transição 0 -> 1 na entrada CP a saída Q assume o estado da entrada D quando se dá uma transição 0 -> 1 na entrada CP mantém o estado, independentemente de D, enquanto CP está 1, a 0, ou ainda durante as transições 1 -> 0 nessa linha mantém o estado, independentemente de D, enquanto CP está 1, a 0, ou ainda durante as transições 1 -> 0 nessa linha O flip-flop só comuta, portanto, quando na entrada CP ocorrem flancos ascendentes de impulsos de relógio O flip-flop só comuta, portanto, quando na entrada CP ocorrem flancos ascendentes de impulsos de relógio

29 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais29 Flip-flops D ET Num FF D edge-triggered negativo o comportamento é semelhante, mas a comutação (mudança de estado, se houver caso disso) apenas se verifica no flanco descendente do relógio Num FF D edge-triggered negativo o comportamento é semelhante, mas a comutação (mudança de estado, se houver caso disso) apenas se verifica no flanco descendente do relógio

30 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais30 Flip-flops D ET CP D (t) Q (t+t) 00L 11 x Q (t) 0x 1x Este FF comuta no flanco ascendente

31 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais31 Flip-flops D ET Indica que o FF é edge-triggered 1D C1 Flip-flop D edge-triggered positivo 1D C1 Flip-flop D edge-triggered negativo Indica que o FF é edge-triggered negativo

32 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais32 Flip-flops JK ET O comportamento de um flip-flop JK edge-triggered positivo é semelhante ao do JK estudado anteriormente, com a diferença de que só reage às entradas síncronas no flanco ascendente do relógio O comportamento de um flip-flop JK edge-triggered positivo é semelhante ao do JK estudado anteriormente, com a diferença de que só reage às entradas síncronas no flanco ascendente do relógio

33 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais33 Flip-flops JK ET CP J (t) K (t) Q (t+t) 00 Q (t) xx 0xx 1xx C1 1K 1J Flip-flop JK edge-triggered positivo

34 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais34 FFs: comportamento temporal Do ponto de vista temporal, os flip-flops são caracterizados por vários parâmetros Do ponto de vista temporal, os flip-flops são caracterizados por vários parâmetros Um dos aspectos mais importantes é o de que, no momento em que ocorre o flanco de comutação, as entradas devem estar estáveis de forma a evitar uma situação em que a reacção do flip-flop fique dependente de uma corrida entre sinais dentro do circuito e seja, portanto, não previsível Um dos aspectos mais importantes é o de que, no momento em que ocorre o flanco de comutação, as entradas devem estar estáveis de forma a evitar uma situação em que a reacção do flip-flop fique dependente de uma corrida entre sinais dentro do circuito e seja, portanto, não previsível

35 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais35 FFs: comportamento temporal tpd - Tempo de propagação, de atraso ou de reacção do ff tpd - Tempo de propagação, de atraso ou de reacção do ff É o tempo que decorre entre o momento em que ocorre o flanco de comutação em CP e o momento em que as saídas são actualizadas É o tempo que decorre entre o momento em que ocorre o flanco de comutação em CP e o momento em que as saídas são actualizadas

36 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais36 FFs: comportamento temporal tsu - Tempo de Set-Up ou de preparação tsu - Tempo de Set-Up ou de preparação É o tempo que decorre entre o último instante em que as entradas têm de estar estáveis e o momento em que se dá o flanco de comutação É o tempo que decorre entre o último instante em que as entradas têm de estar estáveis e o momento em que se dá o flanco de comutação Devem evitar-se mudanças nas entradas síncronas dentro do intervalo de tempo tsu Devem evitar-se mudanças nas entradas síncronas dentro do intervalo de tempo tsu

37 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais37 FFs: comportamento temporal th – Tempo de Hold ou de manutenção th – Tempo de Hold ou de manutenção É o tempo que medeia entre o flanco de comutação e o instante em que as entradas síncronas já podem variar sem afectar o bom funcionamento do FF É o tempo que medeia entre o flanco de comutação e o instante em que as entradas síncronas já podem variar sem afectar o bom funcionamento do FF Devem evitar-se mudanças nas entradas síncronas dentro do intervalo de tempo th Devem evitar-se mudanças nas entradas síncronas dentro do intervalo de tempo th

38 Prof. Carlos Sêrro Prof. João Paulo Carvalho Novembro de 2005Sistemas Digitais38 FFs: Comportamento Temporal Tempo de Set-up Tempo de Hold


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