Sistemas digitais

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Laboratório de Sistemas Digitais Guia de Aula Elaborado por: Prof. Dilmar M. Meira

Aula 10
Circuitos Seqüenciais: Latches, Flip-flops e Contadores Síncronos
Introdução e Objetivo
O objetivo desta aula é aprender a projetar e implementar sistemas sequenciais simples. Em um sistema combinacional, tal como os estudados nas aulas anteriores,sempre é possível descobrir o valor de cada uma de suas saídas, ou seja, é sempre possível saber se cada uma dessas saídas está no nível lógico alto ou no nível lógico baixo, bastando para isso conhecer a combinação de valores presentes nas entradas do sistema. Em um sistema sequencial, nem sempre é possível determinar o valor das saídas levando em conta exclusivamente a combinação de valores nasentradas. As saídas de um sistema sequencial em determinado momento dependem da combinação de valores na entrada do sistema, mas dependem também do ESTADO ATUAL do sistema, conforme ilustra a figura a seguir.

Sistema Digital Sequencial

Sábado, 23/04/2011 – 21h02min

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Laboratório de Sistemas Digitais Guia de Aula Elaborado por: Prof.Dilmar M. Meira

O estado de um sistema é armazenado em um circuito de memória. As saídas do circuito de memória contém o ESTADO ATUAL do sistema, enquanto que as entradas do circuito de memória contém o PRÓXIMO ESTADO do sistema, o qual é gerado por um circuito combinacional. Em um sistema sequencial SÍNCRONO, O PRÓXIMO ESTADO passa s ser o ESTADO ATUAL quando ocorre uma transição (ou seja, umamudança de nível alto para nível baixo, ou vice-versa) em um sinal denominado RELÓGIO (ou, em inglês, CLOCK). Em um sistema ASSÍNCRONO, o momento em que ocorrem mudanças de estado não depende de um sinal de clock. Nesta aula serão projetados e implementados três tipos de circuitos sequenciais: latches, flipflops e contadores. Latch é o sistema sequencial mais simples possível, e serve paraarmazenar um bit de informação. Seu funcionamento é assíncrono, pois o momento em que a informação é armazenada não é determinado por uma transição de um sinal de relógio. Um flip-flop é semelhante a um latch, com a diferença que a mudança do valor armazenado na saída de um flip-flop só pode ocorrer em resposta a uma transição no sinal de clock. Uma das aplicações mais comuns dos flip-flops é aconstrução de CONTADORES. Mesmo quando construídos exclusivamente com componentes síncronos, um contador pode ser assíncrono. Um contador assíncrono em geral possui circuitos eletrônicos mais simples, mas apresenta diversos problemas quando usados em FPGAs. Por isso daremos prioridade aos contadores SÍNCRONOS. O experimento de laboratório deverá ser feito em sala, em grupos de três alunos. Caso o tempo nãoseja suficiente para concluir o projeto, ele deverá ser concluído individualmente, como “Para Casa”, a menos da implementação no kit DE2. Diagramas em blocos de latches, flip-flops e contadores:

Exemplo: 74LS190
Contador síncrono decádico, crescente/decrescente, com carga paralela assíncrona, habilitação de contagem e indicação de contagem terminal.

Sábado, 23/04/2011 – 21h02min

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Anexo a este Guia de Aula
Visando familiarizar os alunos com a linguagem VHDL, o documento anexo contém diversas descrições de circuitos nessa linguagem, a saber:     uma descrição de latch do tipo “D”, quatro descrições de flip-flops do tipo “D”, umadescrição de flip-flop do tipo “T”; duas descrições de flip-flops do tipo “JK”.

Também consta no anexo a descrição, em VHDL, de um registrador paralelo de quatro bits, construído com flip-flops do tipo “D”. Para cada uma das descrições, o anexo apresenta um diagrama do circuito gerado pelo compilador VHDL do Quartus II. Também consta no anexo a descrição VHDL de um contador síncrono decádico...
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