Flip-Flops: Teoria e aplicações

Introdução:

Sem sombra de dúvidas, uma parte fundamental de um processador é a memória, que não só armazena as informações solicitadas por um usuário, como também é de suma importância para o bom funcionamento do dispositivo ao qual ela faz parte, seja ele um computador pessoal ou o microcontrolador de um sistema embarcado. Entretanto, você já parou para pensar em como os bits são armazenados de maneira mais básica? Se sim, você está no lugar certo!

Com esse artigo você entenderá o que são os flip-flops, um circuito digital essencial para aqueles que querem entender a fundo os conceitos que envolvem a eletrônica básica, incluindo os hardwares de computador. Além disso, com esse conhecimento é possível desenvolver projetos de muita utilidade, para as mais diversas aplicações.

Circuitos Sequenciais

Quando se fala em projetos digitais, existem duas classificações de circuito digital que podem ser citadas, que são sequencial e combinatório.

Um circuito combinatório é aquele em que a sua saída só depende de valores apresentados nas entradas, o que pode ir de uma simples porta lógica até circuitos mais compostos, como multiplexadores e decodificadores.

Já um circuito sequencial é caracterizado por sua saída também depender do estado da sua saída anterior, e não só das entradas, ou seja, existe uma espécie de realimentação. É aqui que entram os latches e os flip-flops, o foco dessa abordagem.

Latches 

No mundo da eletrônica, um latch (traduzido do inglês significa “trava”) pode ser definido como um circuito capaz de memorizar o estado de uma entrada, em outras palavras, realiza a memorização de um bit de informação. Essa funcionalidade é indispensável para a construção de um flip-flop.

Num geral, existem variados tipos de latch, como o Latch SR e o Latch D. Como o foco desse artigo são os flip-flops, vamos analisar apenas o Latch SR.

O funcionamento de um Latch SR é muito simples. É constituído por duas entradas, denominadas Set e Reset, em que, quando o primeiro está em 1, a saída principal(Q) é forçada a entrar nesse estado. O Reset o possui a função contrária, ou seja, se este for 1, a saída principal(Q) vai para zero. Seu circuito é apresentado na imagem abaixo:

Como podemos ver, os latchs podem ter muito aplicabilidade. No entanto, quando suas duas entradas entram em estado alto, acontece uma indefinição de estado lógico, o que é completamente inadmissível para um sistema digital. Mais em frente veremos como contornar esse problema.

Flip-Flops

Um flip-flop é um circuito digital com uma funcionalidade análoga à de um latch. Porém, ao contrário do que foi visto anteriormente, os flip-flops são sensíveis à borda de um clock. Este é basicamente é um sinal elétrico periódico que determina a frequência com que as operações lógicas são realizadas. Ou seja, toda vez que iniciar uma alteração no pulso ( que pode ser para alto ou para baixo, dependendo do circuito), as operações lógicas do flip-flop são realizadas.

Existem muitas variações de flip-flops com diferentes aplicações, sendo as principais:

• Flip-Flop SR;
• Flip-Flop D;
• Flip-Flop JK;

Flip Flop SR

A única coisa que diferencia o Flip Flop SR de um Latch SR é a sensibilidade à borda de clock. Portanto, na borda do sinal de clock, quando Set é 1, a saída vai para 1, se Reset é 1, a saída é zero.

Créditos: https://www.geeksforgeeks.org/electronics-engineering/difference-between-sr-flip-flop-and-rs-flip-flop/

Flip Flop D

O Flip Flop D, em que o D significa “data” ou “dado”, possui uma única entrada para trocar o estado da saída, denominada exatamente como D. Ou seja, quando D está em 1 a saída vai para 1, se zero a saída vai para zero. Vale lembrar que os estados só são alterados na borda de clock.

Créditos: https://www.geeksforgeeks.org/electronics-engineering/difference-between-sr-flip-flop-and-rs-flip-flop/

Flip Flop JK

O Flip Flop JK possui as entradas JK, que possuem uma função muito similar à das entradas do Flip Flop SR, com uma diferença que caracteriza esse componente. Quando J e K são distintos, a saída assume o valor do que estiver em alto. Agora, quando as duas estão simultaneamente em 1, ao invés de ficar em ambiguidade, a saída simplesmente inverte o estado anterior.

Créditos: https://www.geeksforgeeks.org/electronics-engineering/difference-between-sr-flip-flop-and-rs-flip-flop/

Conclusão

Compreender conceitos relacionados aos circuitos sequenciais pode ser de suma importância para qualquer profissional que deseja se aprofundar em eletrônica digital. Como pudemos ver, esses elementos são indispensáveis quando se fala em armazenamento digital, sendo que, a partir de um aprofundamento nesse conteúdo, será possível compreender melhor o funcionamento de dispositivos mais complexos, como microcontroladores. Portanto, a compreensão do que acabou de ser explicado é fundamental para qualquer estudante, profissional ou entusiasta da eletrônica

Sobre o Autor

Lucas Fernando