Aplicações de Flip-Flops Registradores Registradores de memória Registradores de deslocamento Contadores em anel e anel torcido Francisco Garcia Thelma Rodrigues

Objetivos Explicar o funcionamento de um registrador de memória. Explicar o funcionamento de um registrador de deslocamento. Entender o funcionamento de um conversor de dados de paralelo para em série e vice-versa. Entender o funcionamento dos contadores em anel e anel torcido.

Introdução Existem vários tipos de registradores, tais como os registradores de memória e os registradores de deslocamento. Os registradores de memória são usados para armazenar dados temporários em sistemas digitais. Os registradores de deslocamento podem ser usados para comunicação digital serial Contadores em anel e anel torcido são realizados com registradores de deslocamento. Nesta aula estudaremos os circuitos acima e apresentaremos os seus diagramas temporais.

Registradores de memória Um registrador de memória é simplesmente um grupo de flip-flops que pode ser usado para armazenar um número binário. Deverá haver um flip-flop para cada bit do número binário. Por exemplo, um registrador usado para armazenar um número binário de 8 bits deve ter 8 flip-flops. Os registradores são frequentemente usados para armazenar momentaneamente uma informação binária. O circuito interno de um microprocessador contém vários registradores onde são guardadas as informações necessárias ao seu funcionamento.

Registradores de memória Q2 Q1 Q0 Q3 CLK D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0

Atraso de propagação Nos flip-flops, assim como em todos os circuitos eletrônicos, existe um tempo de atraso entre a variação do estado lógico da entrada de clock e a variação correspondente na saída. Este tempo, que é da ordem de alguns nano-segundos, é chamado de tempo (ou atraso) de propagação. D CLK Q Tempo de propagação D CLK Q

Atraso de propagação Apesar de a saída variar com atraso em relação à entrada de clock, o funcionamento do flip-flop é determinado pelo estado lógico da entrada de controle (T, D ou J e K) no instante do clock. Veja o funcionamento do circuito abaixo: D CLK Q Tempo de propagação D CLK Q Neste instante D = 1 e, portanto, a saída vai para 1

Registradores de deslocamento Um registrador de deslocamento (“shift register”) é um grupo de flip-flops que além de memorizar um número binário pode também deslocar o dado armazenado entre os flip-flops (da esquerda para a direita ou vice-versa). Os registradores de deslocamento podem ser usados em circuitos de comunicação digital, onde transformam os dados de serial para paralelo e de paralelo para serial. Também podem ser usados para realizar operações aritiméticas de multiplicação e de divisão. Deslocar um número para a esquerda siginifica multiplicá-lo por 2: 101 = 5d 1010 = 10d 10100 = 20d

Registradores de deslocamento Q2 Q1 Q0 Q3 CLK Dado Dado CLK Q0 Q1 Q2 Q3

Registradores de deslocamento O circuito anterior só funciona devido ao atraso de propagação nos flip-flops. Todas as saídas mudam sincronizadas com o pulso de clock, porém com um pequeno atraso. Assim, no instante do clock a entrada D de cada flip-flop ainda tem o valor anterior da saída do flip-flop a sua esquerda. Este valor é que vai ser memorizado pelo flip-flop. Dado CLK Q0 Q1 Q2 Q3

Registradores de deslocamento O circuito anterior é um registrador do tipo entrada-série/saída-paralelo. Pode ser usado em um sistema de comunicação como um receptor de dados serial. Dado CLK Q0 Q1 Q2 Q3 1 Q0 Q1 Q2 Q3 Din Entrada serial Clock Saída paralelo Dados em paralelo

Registradores de deslocamento Para o transmissor é necessário um registrador de deslocamento do tipo entrada-paralelo/saída-serial. Neste circuito existem entradas de dados em paralelo, que são carregadas (armazenadas) nos flip-flops, através de uma entrada de comando de carga (“LOAD”) Após carregados nos flip-flops, o dado pode ser deslocado através dos pulsos de clock. D0 D1 D2 D3 Load Carrega Entrada em paralelo Saída serial Q Clock

Registradores de deslocamento LOAD CLK Q

Registradores de deslocamento LOAD CLK (Q0) (Q1) (Q2) Q 1 Saída serial

Comunicação serial O circuito completo de um enlace de comunicação digital serial é mostrado abaixo. Este tipo de comunicação é chamado serial síncrono, porque tanto o transmissor quanto o receptor usam o mesmo sinal de clock. Transmissor Saída paralelo Clock Serial Carrega Q0 Q1 Q2 Q3 Load Q Din D0 D1 D2 D3 Receptor Entrada em paralelo

Registradores universais Comercialmente existe um tipo de registrador de deslocamento chamado universal. Este tipo de registrador permite trabalhar de todos os modos possíveis: Entrada-serial / saída-paralelo Entrada-paralelo / saída-serial Entrada-paralelo / saída-paralelo Entrada-serial / saída-serial Dependendo do modo de funcionamento, algumas entradas não são utilizadas. Por exemplo, quando funcionando como entrada-serial/saída-paralelo, as entradas de dados e de carga não são usadas, devendo permanecer desativadas. D0 D1 D2 D3 Load Q0 Q1 Q2 Q3 Din

Contadores em anel Um tipo de circuito chamado contador em anel é realizado ligando-se a saída de um registrador de deslocamento em sua própria entrada. Este circuito necessita de uma inicialização, conforme mostrado abaixo: Q0 Q1 Q2 Q3 Início Sempre nível 1 Clock

Contadores em anel A saída de um contador em anel repete-se a cada N pulsos de clock, onde N é igual ao número de flip-flops: Início Clock Q0 Q1 Q2 Q3 Período de repetição

Contadores em anel torcido O contador em anel torcido é parecido com o contador em anel, porém é a saída invertida que é ligada em sua própria entrada. Este circuito também necessita de uma inicialização: Q0 Q1 Q2 Q3 Início Clock

Contadores em anel torcido A saída de um contador em anel torcido repete-se a cada 2N pulsos de clock, onde N é igual ao número de flip-flops: Início Clock Q0 Q1 Q2 Q3 Período de repetição

Exercícios 1) Complete o diagrama temporal abaixo, de um registrador entrada-série/saída-paralelo, para o caso da seguinte sequência de dados na entrada serial: 01101 Dado CLK Q0 Q1 Q2 Q3

Exercícios 2) Faça o diagrama temporal de um contador em anel, que tem as entradas de preset dos flip-flops 0 e 3, e as entradas de clear dos flip-flops 1 e 2 ligadas ao sinal de INÍCIO. 3) O que aconteceria se em um contador em anel todos os flip-flops fossem inicializados com zero? O mesmo ocorreria com o contador em anel torcido? Justifique sua resposta.