Temporização de Flip-Flops e Latches em Sistemas Digitais
Aprenda a Montar Circuito Pisca-LED com Flip-Flop 555
Apresentação🔗
Neste tutorial, vamos projetar e montar um circuito de pisca-LEDLedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. utilizando flip-flops
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. de forma simples e prática. Essa atividade é ideal para quem deseja colocar em prática os conceitos básicos de circuitos sequenciais. O objetivo é criar um pisca-pisca controlado por um flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. que alterna seu estado (ligado/desligado) de maneira periódica, servindo como introdução à aplicação real de dispositivos de memória digital
Introdução à Eletrônica Digital: Conceitos Básicos e AplicaçõesDescubra os conceitos e aplicações essenciais da Eletrônica Digital, do funcionamento de sinais binários aos transistores, e comece sua jornada tecnológica..
Objetivos do Tutorial🔗
- Compreender o princípio de funcionamento de um flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. para gerar sinais periódicos.
- Montar um circuito de pisca-LED utilizando um flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. para alternar entre os estados de saída.
- Explorar variações possíveis do projeto
Introdução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital., como diferentes taxas de clock
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais..
- Praticar e reforçar os fundamentos da Eletrônica Digital
Introdução à Eletrônica Digital: Conceitos Básicos e AplicaçõesDescubra os conceitos e aplicações essenciais da Eletrônica Digital, do funcionamento de sinais binários aos transistores, e comece sua jornada tecnológica. de forma interativa.
Motivação🔗
Para quem está iniciando estudos em Eletrônica DigitalIntrodução à Eletrônica Digital: Conceitos Básicos e AplicaçõesDescubra os conceitos e aplicações essenciais da Eletrônica Digital, do funcionamento de sinais binários aos transistores, e comece sua jornada tecnológica., é motivador ver aplicações reais desses conceitos. Poder projetar e observar um LED
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. piscando a partir de um componente como um flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. concretiza e aproxima a teoria da prática, contribuindo para a formação de um raciocínio sólido na área de circuitos digitais.
Pré-requisitos🔗
Antes de iniciar este projetoIntrodução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital., é recomendável possuir noções básicas sobre:
- Portas lógicas
Portas Lógicas Fundamentais: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR e XNORDescubra as funções das portas lógicas (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR) por meio de exemplos e tabelas-verdade para eletrônica digital. (AND, OR, NOT etc.).
- Circuitos sequenciais e o conceito de clock
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais..
- Leitura de datasheets de CIs (Circuitos Integrados
Circuito Integrado (CI)Descubra os fundamentos dos Circuitos Integrados, sua história e aplicações na eletrônica digital. Aprenda os conceitos essenciais para iniciar.).
- Uso de protoboard
ProtoboardDescubra como montar circuitos usando uma protoboard. Tutorial simples e direto, ideal para estudantes de eletrônica digital sem experiência prévia., conexões de resistores
ResistoresAprenda o funcionamento, tipos, códigos de cores e aplicação prática de resistores usando a Lei de Ohm. Um guia completo para iniciantes na eletrônica. e LEDs.
Ainda que não seja obrigatório, ter familiaridade com multímetrosDicas de Manutenção e Reparo de Equipamentos EletrônicosDescubra dicas práticas para manutenção e reparo de eletrônicos. Aprenda a diagnosticar, limpar e testar equipamentos, garantindo segurança e durabilidade. ou softwares de simulação
Simulação e Depuração: Ferramentas e Dicas PráticasAprenda técnicas de simulação e depuração em SystemVerilog, utilizando ferramentas, waveforms, asserts e logs para garantir designs confiáveis. (ex.: Logisim, Proteus) pode ajudar a testar o circuito e evitar eventuais erros de montagem.
Explicação Teórica🔗
O papel do flip-flop
Um flip-flopFlip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. é um dos blocos fundamentais de circuitos sequenciais, pois armazena um bit
Sistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos. de informação e muda de estado em resposta a pulsos de clock
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. ou sinais de entrada específicos. Para o projeto
Introdução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital. de pisca-LED, podemos utilizar:
- Flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. tipo T (Toggle
Flip-Flops: RS, JK, D e T – Armazenando Informação em BitsAprenda o funcionamento de flip-flops RS, JK, D e T num tutorial prático sobre eletrônica digital, com conceitos, tabelas e dicas para projetos.): a cada pulso de clock, ele inverte seu estado.
- Flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. tipo JK configurado em modo “toggle
Flip-Flops: RS, JK, D e T – Armazenando Informação em BitsAprenda o funcionamento de flip-flops RS, JK, D e T num tutorial prático sobre eletrônica digital, com conceitos, tabelas e dicas para projetos.” (quando J e K são ambos em nível lógico 1).
Em ambos os casos, a saída muda de 0 para 1 ou de 1 para 0 a cada pulso de clockFlip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais.. Isso cria um sinal quadrado
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de frequência igual a metade da frequência
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de clock de entrada.
Fontes de clock
Para fazer o LED piscar de maneira perceptível, precisamos de uma frequênciaOsciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de clock baixa (por exemplo, em torno de 1 Hz, ou 1 pulso por segundo). Entre as formas possíveis de gerar o sinal de clock
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos., temos:
- Osciladores
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. baseados em 555 em modo astável.
- Geradores de função (em laboratório).
- Cristais osciladores
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de baixa frequência
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos., com divisores.
Neste tutorial, uma das maneiras mais comuns é usar um 555 em modo astável configurado para gerar pulsos. Esses pulsos alimentam o flip-flopFlip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais., que alterna seu estado e, consequentemente, pisca o LED
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes..
Demonstração Prática🔗
Componentes necessários
- 1 x CI 74xx T flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. ou JK flip-flop
Flip-Flops: RS, JK, D e T – Armazenando Informação em BitsAprenda o funcionamento de flip-flops RS, JK, D e T num tutorial prático sobre eletrônica digital, com conceitos, tabelas e dicas para projetos. (por exemplo, 74LS76 ou 74HC112).
- 1 x CI
Circuito Integrado (CI)Descubra os fundamentos dos Circuitos Integrados, sua história e aplicações na eletrônica digital. Aprenda os conceitos essenciais para iniciar. 555 (opcional, se você não tiver outra fonte de clock
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais.).
- 1 x LED
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. (cor à escolha).
- 1 x Resistor
ResistoresAprenda o funcionamento, tipos, códigos de cores e aplicação prática de resistores usando a Lei de Ohm. Um guia completo para iniciantes na eletrônica. para limitar corrente
Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. do LED (entre 220 Ω e 1 kΩ, dependendo da fonte de alimentação).
- Fonte
MOSFET: Tipos, Condução e ChaveamentoDescubra como MOSFETs operam na condução e chaveamento, aprendendo sobre seleção, tipos e aplicações com eficiência e robustez. de alimentação (ex.: 5 V).
- Protoboard
ProtoboardDescubra como montar circuitos usando uma protoboard. Tutorial simples e direto, ideal para estudantes de eletrônica digital sem experiência prévia. e jumpers para conexões.
Diagrama de blocos (exemplo)
Observação: Caso não utilize o 555, qualquer gerador de pulsos em baixa frequência pode fazer o papel de clock.
Montagem passo a passo
1. Configuração do 555 (se for usar como clockFlip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais.)
- Conecte o 555 no modo astável para gerar pulsos (utilize resistores e capacitor conforme necessário). Ajuste os valores para a frequência
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. desejada, por exemplo, 1 Hz.
- Conecte o pino de VCC do seu flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. (ex.: 74LS76) na fonte
MOSFET: Tipos, Condução e ChaveamentoDescubra como MOSFETs operam na condução e chaveamento, aprendendo sobre seleção, tipos e aplicações com eficiência e robustez. de +5 V e o GND ao terra.
- Ligue a saída do 555 (ou outra fonte de clock) ao pino de clock do flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais..
- No caso do flip-flop JK
Flip-Flops: RS, JK, D e T – Armazenando Informação em BitsAprenda o funcionamento de flip-flops RS, JK, D e T num tutorial prático sobre eletrônica digital, com conceitos, tabelas e dicas para projetos., ajuste J e K em nível lógico alto (1) para o modo toggle.
- No caso do flip-flop T
Flip-Flops: RS, JK, D e T – Armazenando Informação em BitsAprenda o funcionamento de flip-flops RS, JK, D e T num tutorial prático sobre eletrônica digital, com conceitos, tabelas e dicas para projetos., ligue a entrada T em nível lógico alto (1).
- Conecte o pino de saída Q a um resistor
ResistoresAprenda o funcionamento, tipos, códigos de cores e aplicação prática de resistores usando a Lei de Ohm. Um guia completo para iniciantes na eletrônica. de limite de corrente
Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. e, em seguida, ao ânodo
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. do LED.
- Ligue o catodo do LED
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. ao GND.
- Ligue a fonte
MOSFET: Tipos, Condução e ChaveamentoDescubra como MOSFETs operam na condução e chaveamento, aprendendo sobre seleção, tipos e aplicações com eficiência e robustez. de alimentação e verifique se o LED pisca na frequência
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. planejada.
- Se estiver piscando muito rápido ou muito devagar, ajuste valores de resistores e/ou capacitores
CapacitorAprenda o funcionamento dos capacitores, veja seus tipos, aplicações e como eles estabilizam circuitos digitais em operações práticas de eletrônica. usados no gerador de clock.
Conclusão🔗
A montagem de um pisca-LEDLedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. usando um flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. é uma excelente maneira de visualizar o funcionamento de um circuito sequencial, pois cada pulso de clock reflete na saída do dispositivo de maneira previsível. Esse projeto
Introdução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital. ajuda a internalizar aspectos importantes, como:
- A operação básica de flip-flops
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais..
- A importância de uma fonte
MOSFET: Tipos, Condução e ChaveamentoDescubra como MOSFETs operam na condução e chaveamento, aprendendo sobre seleção, tipos e aplicações com eficiência e robustez. de clock
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. estável.
- A noção de frequência
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. e período
Osciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. em sistemas digitais.
A partir desta base, é possível criar múltiplas variações do projeto, por exemplo, utilizando mais LEDs para sequenciamento, ou acoplando contadoresRegistradores e Contadores: Contadores síncronos e assíncronos: sequências personalizadasAprenda as diferenças entre contadores assíncronos e síncronos, e descubra como utilizar sequências personalizadas para otimizar sistemas digitais. para outras indicações visuais.
Exercícios Propostos🔗
1. Variação da frequênciaOsciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. do clock
- Monte o circuito e altere o valor do resistor ou capacitor
CapacitorAprenda o funcionamento dos capacitores, veja seus tipos, aplicações e como eles estabilizam circuitos digitais em operações práticas de eletrônica. do 555. Observe e anote como isso afeta a taxa de piscadas do LED
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes..
- Teste o circuito com flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. JK
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. e, depois, com flip-flop
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. T
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. (ou configure o JK
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. em modo T). Compare o comportamento em ambos os casos.
3. Acionamento de dois LEDsLedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes.
- Experimente utilizar a saída Q e a saída Q̅ (inversa) para acender dois LEDs
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. em alternância, criando um “pisca-pisca alternado”.
4. Exploração de clockFlip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. manual
- Caso não tenha um 555, utilize um botão para gerar pulsos manuais (pressionando o botão como clock
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais.). Observe o LED
LedDescubra tudo sobre LEDs: entenda seu funcionamento, aprenda a calcular resistores e monte circuitos seguros com dicas práticas e eficientes. alternar a cada pressão.
Com isso, fechamos o tutorial de “Projetos Práticos: Básico: pisca-led com flip-flopsFlip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais.”. Esperamos que esta atividade aproxime a teoria de flip-flops
Flip-Flops e Latches: Tipos: SR, JK, D, T (funcionamento e clock)Aprenda os conceitos de Flip-Flops e Latches, incluindo tipos SR, JK, D e T, além do impacto do clock na sincronização de circuitos digitais. ao mundo real e facilite o entendimento de como os circuitos sequenciais podem ser aplicados em projetos
Introdução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital. criativos e funcionais.
Autor: Marcelo V. Souza - Engenheiro de Sistemas e Entusiasta em IoT e Desenvolvimento de Software, com foco em inovação tecnológica.
Referências🔗
- EEVblog: www.youtube.com/user/EEVblog
- Hub de Eletrônica: www.electronicshub.org
- Stack Exchange de Eletrônica: electronics.stackexchange.com
- Tudo Sobre Circuitos: www.allaboutcircuits.com
- Tutoriais de Eletrônica: www.electronics-tutorials.ws