Introdução à Lógica Sequencial
No Módulo anterior (2.0) aprendemos sobre os circuitos combinacionais. Basicamente para estes tipos de circuitos, as saídas, dependem apenas da combinação atual dos sinais das entradas.
Na Lógica Sequencial, os circuitos sequenciais, apresentam uma grande diferença em relação aos circuitos combincionais:
As saídas dos circuitos sequenciais dependem tanto da combinação das entradas presentes quanto das saídas anteriores. A saída anterior é tratada como o estado atual.
Neste Módulo veremos:
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Introdução
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Latches
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Flip-Flop
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Contadores
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Registradores.
Antes porém, veremos alguns conceitos fundamentais.
Circuitos Sequenciais - Módulo 3
Eletrônica Digital - Circuitos Sequenciais
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Tipos de Circutos Sequenciais
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Transição Positiva e Negativa
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Temporização de sinal de clock
Tipos de Circuitos Sequenciais
Há dois tipos de circuitos sequenciais
Circuitos sequenciais assíncronos
O circuito sequencial assíncrono é operado através de níveis de tensão (“0” ou “1”), da entrada. Assim, as mudanças na entrada podem alterar o estado do circuito.
A saída é alterada, quando a variável de entrada é mudada.
Circuitos sequenciais síncronos
Em circuitos sequenciais síncronos, a sincronização é feita pelo sinal de clock.
A sincronização das saídas é feita, pelas transições (positiva ou negativa) do sinal de clock. Portanto a saída é dependente do sinal de clock.
Sinal de Clock
O sinal de clock (relógio em português – normalmente é usado o termo em inglês), é uma onda, no formato de “onda quadrada”, como mostrada na figura 1 (tela de um osciloscópio).
Quase todos os equipamentos que usam processamento (computadores, celulares, e um sem número de outros equipamentos), usam um sinal de Clock, para sincronização interna.
Como é gerado o Clock
Normalmente o clock é gerado por um componente chamado Oscilador de Cristal (ou simplesmente cristal), embora seja possível usar, por exemplo, o CI 555, como oscilador para gerar um clock.
O Cristal é preferido, porque são muito baratos, pequenos e podem ser encontrados em uma gama grande de frequências.
Mesmo que a frequência do Cristal seja alta, é possível ir dividindo essa frequência, de maneira a atender as diferentes necessidades dos circuitos internos.
Há dois conceitos muito importantes em relação ao sinal de clock:
Na figura 2, são mostrados esses dois conceitos:
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Período – é o intervalo de tempo entre duas partes iguais da onda (como mostrado na figura).
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Amplitude – É o valor de tensão mínimo e máximo. Neste caso 0 Volts e 5 Volts.
Observação: O período - representado por “T” e dado em segundos, é o inverso da frequência (“f” minúsculo), denotada por Hertz (Hz).
Assim: T = 1/f (s) ou f = 1/T (Hz)
Exemplo - um clock de 1 KHz tem um período de 1 ms (milissegundo)
Tipos de acionamento ou disparo (transição)
Há dois tipos de transição (também chamado de acionamento ou disparo – em inglês Triggering), que se refere, à subida ou descida do sinal de clock, conforme mostra a figura 3.
Além disso, também é possível o acionamento por nível.
Transição Positiva
A transição Positiva (em vermelho), ocorre no exato momento em que o sinal de clock “sobe”, como mostrado.
Para este tipo de transição, o circuito eletrônico ao qual o clock é ligado (repare que o clock é para este circuito eletrônico, um sinal de entrada), é sensível à borda positiva.
Veremos com mais detalhes ao estudar Flip-Flop.
Transição Negativa
A transição Negativa (em azul), ocorrerá na descida do sinal de clock.
O resto ocorrerá como mencionado anteriormente (transição positiva).
Neste caso o circuito é sensível à borda negativa.
Acionamento por nível.
Ainda na figura 3, são mostrados dois níveis – Nível “0” e Nível “1”.
Neste caso o circuito ao qual o clock é ligado, será sensível somente ao nível (“0” ou “1”) e não há transição, como os itens anteriores.
Temporização do Clock
Mesmo para uma pessoa leiga em eletrônica, informática e áreas afins, ela imagina que as informações “dentro de um computador”, não são aleatórias, seguem um padrão. E ela está certa, porém, não imagina o quanto há de precisão nessas “regras”.
O quanto é preciso (no tempo), o momento em que uma informação chega ou sai de um componente.
Imagine se o processador “pedisse um dado” à memória, e esta “cruzasse os braços” e demora-se a entregá-lo. O computador iria parar esperando a boa vontade da memória.
E se a memória resolver entregar um dado que não foi solicitado. O computador trava, ou haverá sinais de erro.
Essa analogia, claro, não acontece, e porquê?
Porque há um diagrama de tempo, baseado no clock, para que os principais componentes (CPU, Memória, etc), sejam habilitados/desabilitados, no momento certo.
Esse diagrama de temporização, figura 4, norteia o funcionamento do computador, e é uma das principais tarefas do engenheiro projetista.
Tudo começa pelo Clock
O sinal de Clock, é a frequência maior e principal, dentro de um sistema, como mostrado na figura 4.
A frequência do clock, vai então sendo dividida (ou seja, em frequências menores), que são então enviadas aos diversos componentes.
A figura 4 mostra um diagrama de tempo para um determinado equipamento.
Nas demais formas de ondas abaixo, é mostrado como cada sinal (onda) se comporta no tempo.
Por exemplo: A tensão de “+5V_ON” sobe na transição positiva “T0” do clock, e assim permanece, pois, a tensão de 5 Volts é necessária para todo o circuito.
Resumindo, os circuitos eletrônicos principais, só serão habilitados quando, o sinal de clock correspondente estiver presente (nível 1) e, desabilitados quando for nível “0”, conforme o nosso exemplo.
Observação: O significado das nomenclaturas (à esquerda de cada forma de onda), costumam ter alguma referência no nome, com a função executada, porém só teremos acesso ao significado real de cada uma, através do manual de serviço.