EDI018702 2022 2 AULA01

Circuitos Sequencias

APRESENTAÇÃO

Na unidade curricular Eletrônica Digital I, você aprendeu sobre o funcionamento de um circuito combinacional, constituído a partir de um conjunto de portas lógicas, cujo os valores das suas saídas são definidos diretamente a partir dos valores atuais das suas entradas. Veremos agor os Circuitos Sequenciais onde a alterações dos estados do circuito dependem do tempo. Portanto em Eletrônica Digital II vamos identificar e resolver problemas que envolvam a variável tempo, cuja solução seja expressa pela lógica binária e implementada através de circuitos eletrônicos digitais sequencias, sejam eles Flip-Flops (FF), Contadores, Registradores ou Memórias.

OBJETIVOS

Nesta aula o aluno deverá:

• Identificar os elementos de um circuito digital;
• Saber o que é um circuito sequencial;
• Conhecer o que são circuitos síncronos e assíncronos; e
• Diferenciar latches e flip-flops.

METODOLOGIA

A aula será expositiva e dialogada, utilizando apresentação de texto base na Internet, onde serão mostrados e simulados exemplos de circuitos sequenciais.

---

Os circuitos lógicos dos sistemas digitais podem ser classificados em dois tipos: circuitos combinacionais ou circuitos sequenciais. Um circuito combinacional é constituído de um conjunto de portas lógicas, as quais determinam os valores das saídas diretamente a partir dos valores atuais das entradas.

Um circuito sequencial é composto por um circuito combinacional e elementos de memória. As entradas e as saídas do circuito sequencial estão conectadas somente ao circuito combinacional. Os elementos de memória são circuitos capazes de armazenar informação codificada em binário. Algumas das saídas do circuito combinacional são entradas para os elementos de memória, recebendo o nome de variáveis do próximo estado. Já as saídas dos elementos de memória constituem parte das entradas para o circuito combinacional e recebem o nome de variáveis do estado atual. As conexões entre o circuito combinacional e os elementos de memória configuram o que se costuma chamar laço de realimentação, pois a saída de um bloco é entrada para o outro e vice-versa. A Figura 1 mostra o diagrama de blocos de um circuito sequencial. [2]

Figura 1 - Diagrama geral de um sistema digital. [1]

A informação armazenada nos elementos de memória num dado instante determina o estado em que se encontra o circuito sequencial. O circuito sequencial recebe informação binária das entradas que, juntamente com a informação do estado atual, determinam os valores das saídas e os valores do próximo estado. Desta forma, fica evidente que as saídas de um circuito sequencial dependem não apenas das entradas, mas também do estado atual, armazenado nos elementos de memória. E o mesmo pode ser dito para as variáveis de próximo estado. Em função deste comportamento sequencial, um circuito sequencial é especificado pela sequência temporal de entradas, saídas e estados internos.

Os circuitos sequenciais podem ser divididos em dois tipos: síncronos e assíncronos.

Síncrono

Um circuito sequencial síncrono utiliza um sinal denominado de relógio (clock) o qual tem a função de cadenciar uma eventual troca de estado. A Figura 2 mostra um exemplo de sinal de relógio. A forma de onda de um sinal de relógio é dita monótona, pois não se altera ao longo do tempo. Nela podem ser identificados a borda de subida, a borda de descida, o nível lógico zero e o nível lógico um. O tempo que decorre para o sinal se repetir é denominado período e é representado por T. Por exemplo, o tempo entre duas bordas de subida sucessivas é igual a T. Da mesma forma, o tempo entre duas bordas de descida sucessivas é igual a T.

Figura 2 - Exemplo de sinal de relógio (clock).

A frequência de um sinal de relógio, representada por f, é definida como sendo o inverso do período, ou seja:

$f={\frac {1}{T}}\,Hz$

Para medir-se o período (T), usa-se os múltiplos do segundo: ms, us, ns e ps. Para se medir a frequência, usa-se os múltiplos do hertz: kHz, MHz e GHz. Um hertz equivale a uma vez por segundo.

---

Exercício de Fixação

Desenhe uma forma de onda que represente um clock de 100kHz.

(os alunos fazem, eles desenham)

Assíncrono

Em um circuito sequencial assíncrono as entradas mudam de acordo com uma ordem, isto faz com que o estado do circuito possa ser alterado a qualquer tempo, como consequência de uma mudança de suas entradas. Os elementos de memória utilizados nos circuitos sequenciais assíncronos apresentam uma capacidade de armazenamento que está associada diretamente ao atraso de propagação dos circuitos que os compõem. Em outras palavras, o tempo que esses circuitos levam para propagar uma mudança de suas entradas até suas saídas pode ser encarado como o tempo durante o qual eles retêm os valores aplicados antes da mudança, e esse fenômeno coincide com o conceito de memória, para os circuitos digitais. Nos circuitos sequenciais assíncronos, os elementos de memória são compostos por portas lógicas que proveem um atraso de propagação com valor adequado para o funcionamento do circuito. Então, um circuito sequencial assíncrono pode ser visto como um circuito combinacional com realimentação. O projeto de circuitos com realimentação apresenta grandes dificuldades, uma vez que seu funcionamento correto é dependente das características temporais dos componentes (portas lógicas e fios). A principal dificuldade provém do fato de que os componentes apresentam atrasos que não são fixos, podendo ser diferentes mesmo para exemplares com mesma função e de um mesmo fabricante. Desta forma, os circuitos sequenciais assíncronos têm sido evitados, sempre que possível, em favor do uso de circuitos sequenciais síncronos.