Relatório sobre o Desenvolvimento de um Contador Síncrono de 4 Bits no TinkerCad

Desenvolva um contador síncrono no TinkerCad que possua 4 bits de saída Devese desenvolver um relatório de 3 páginas contendo a descrição do contador quais componentes utilizados e descrever a simulação O trabalho deve possuir Introdução Componentes utilizados Desenvolvimento Descrição da simulação Conclusão Obs httpswwwtinkercadcom O trabalho deve conter foto nítida e o link da simulação com os componentes na placa Protoboard do TinkerCad o circuito do mesmo encontrase no final deste documento Exemplo assicrono Sem Reset Com Reset Link da simulação do Circuito acima httpswwwtinkercadcomthingsgg37I1sLSCbingeniousluuliaeditel sharecodeIP12IWynHWzZKpaqe5fCXFpQvAb4Mj7Jzmd9XJFbs8M Circuito a ser desenvolvido no TinkerCad Contador Síncrono LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 CIRCUITO TINKERCAD3 FIGURA 2 CIRCUITO EQUIVALENTE4 1INTRODUÇÃO 3 2componentes utilizados 3 3desenvolvimento 4 4descrição da simulação 5 5CONCLUSÃO 5 3 1 INTRODUÇÃO O dado contador síncrono que simulamos é um contador feito com flipflops jk e com portas AND O uso das portas AND acontece pelo fato de termos colocado o gerador de função no clock de todos os flipflops Usamos essa configuração no circuito para que o atraso que acontece na propagação dos FFs seja reduzido com isso aumentamos a frequência máxima de operação do circuito As portas AND estão compensando a ligação do gerador de função em todos os clocks A partir do primeiro FF os próximos apenas serão ativados quando todos os anteriores estiverem em nível alto O circuito realizado como simulação pode ser analisado abaixo FIGURA 1 CIRCUITO TINKERCAD O link para o circuito desenvolvido httpswwwtinkercadcomthings8myrninILTImagnificentjaagubeditel sharecodenzl8Oy4g4UhjyCfWUf3Aex4LQX4RwmVCzep4trmHI 2 COMPONENTES UTILIZADOS Para o desenvolvimento deste circuito utilizamos 4 flipflops JK 2 portas AND dupla 4 leds 4 resistores de 390 ohms 1 gerador de função e uma fonte de tensão Os flipflops e as portas AND são representadas pelos componentes 74HC73 e 74HC08 respectivamente 4 3 DESENVOLVIMENTO O circuito desenvolvido na simulação elimina o acúmulo dos retardos vistos em outros contadores que não tem todos os flipflops controlados pelo mesmo pulso de clock O acionamento de cada flipflop é dado pelas portas AND que estão conectadas sempre com a saída de todo aquele jk anterior Portanto o circuito pode ser definido como o segundo flipflop muda de estado quando Q01 o terceiro flipflop muda de estado quando Q0Q 11 e o quarto flipflop muda de estado quando Q0Q 1Q21 No primeiro flipflop suas entradas j e k estão diretamente ligados a fonte de tensão Sendo assim ao iniciar a simulação se dá início a contagem Os próximos flipflops estão com suas entradas j e k ligadas entre si e o sinal vem da saída dos flipflops anteriores que está conectada em uma dessas entradas Dessa forma o segundo flipflop só é ativado após o primeiro flipflop estar em nível alto No terceiro flipflop as entradas j e k também estão ligadas entre si porém uma dessas entradas está conectada com a saída do primeiro AND formado pela saída dos flipflops 1 e 2 No quarto flipflop a ligação entre j e k se repete novamente porém seu ativamento acontece com um AND que tem suas entradas conectadas ao primeiro AND e à saída do flipflop 3 Portanto cada flipflop só será ativado se o seus anteriores estiverem em nível alto O circuito equivalente pode ser analisado abaixo FIGURA 2 CIRCUITO EQUIVALENTE O sinal de reset é aplicado de forma convencional como no contador assíncrono A vantagem que o circuito realizado tem sobre um contador assíncrono é que o atraso total não é a soma dos atrasos de cada flipflop o atraso final é considerado o atraso que ocorre nas portas AND e o atraso em um dos flipflops pois todos tem o mesmo pulso de sinal conectados em seus clocks 5 Como já mencionamos no decorrer do relatório a frequência máxima de operação de um circuito contador jk com todos os clocks no mesmo pulso é aumentada e essa relação é dada pela seguinte equação f max 1 t atrasoFFt atraso Temos mais um termo no denominador porém o atraso nos flipflops será bem menor o que faz com que a frequência máxima aumente em um contador assíncrono teríamos a seguinte relação f max 1 N t atrasoFF Nnúmerode FFs 4 DESCRIÇÃO DA SIMULAÇÃO O funcionamento de cada componente do circuito pode ser explicado como Os 4 flip flops são os decodificadores que enviam o sinal para o led que deve ser ativo em cada pulso de clock as portas AND estão no circuito para que haja controle sobre qual flipflop deve ser acionado os 4 leds são os representadores dos bits de saída sendo ativados em ordem crescente de 0 até 15 em binário os resistores estão postos para controlar a carga que passa nos leds o gerador de função pulsa o clock de todos os flipflops á uma frequência de 3Hz e por fim a fonte de tensão está no circuito para que enviar sinal que dará funcionamento as portas lógicas e aos leds do circuito Para facilitar a visualização do funcionamento do circuito os jumpers azuis são as conexões de pulso de todos os clocks os jumpers amarelos são as entradas das portas AND e os cinzas as saídas os jumpers laranjas fazem o curtocircuito entre o j e o k dos 3 últimos FFs e os jumpers brancos estão enviado o sinal para ativar o primeiro FF direto pela fonte de tensão e a última ligação particular é a saída do FF 1 para o curtocircuito do j e k do segundo flipflop dada pelo jumper marrom Os outros cabos são os positivos e negativos padrões de todo circuito 5 CONCLUSÃO Para concluir podemos notar uma grande vantagem em usarmos o pulso de clock em todos os flipflops quando queremos operar o circuito em uma frequência mais alta Suas saídas continuam sendo os enviadores de sinais para os leds como em circuitos assíncronos e a contagem ocorre de forma semelhante As portas AND são essenciais para que o circuito se torne um contador elas controlam quando o jk de saída de bit superior deve ou não ser ativado Esse controle ocorre pelas saídas 6 dos FFs que antecedem o flipflop sendo somente ativado o próximo flipflop quando todos os anteriores estiverem em nível alto Essa configuração somada ao mesmo pulso de clock em todos os FFs resulta em um contador síncrono 0 a 15 em numero binário com seus sinais sendo enviados pelas próprias saídas dos flipflops LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 CIRCUITO TINKERCAD 3 FIGURA 2 CIRCUITO EQUIVALENTE 4 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 COMPONENTES UTILIZADOS 3 3 DESENVOLVIMENTO 4 4 DESCRIÇÃO DA SIMULAÇÃO 5 5 CONCLUSÃO 5 3 1 INTRODUÇÃO O dado contador síncrono que simulamos é um contador feito com flipflops jk e com portas AND O uso das portas AND acontece pelo fato de termos colocado o gerador de função no clock de todos os flipflops Usamos essa configuração no circuito para que o atraso que acontece na propagação dos FFs seja reduzido com isso aumentamos a frequência máxima de operação do circuito As portas AND estão compensando a ligação do gerador de função em todos os clocks A partir do primeiro FF os próximos apenas serão ativados quando todos os anteriores estiverem em nível alto O circuito realizado como simulação pode ser analisado abaixo FIGURA 1 CIRCUITO TINKERCAD O link para o circuito desenvolvido httpswwwtinkercadcomthings8myrninILTImagnificent jaagubeditelsharecodenzl8Oy4g4UhjyCfWUf3Aex4LQX4RwmVCzep4trmHI 2 COMPONENTES UTILIZADOS Para o desenvolvimento deste circuito utilizamos 4 flipflops JK 2 portas AND dupla 4 leds 4 resistores de 390 ohms 1 gerador de função e uma fonte de tensão Os flipflops e as portas AND são representadas pelos componentes 74HC73 e 74HC08 respectivamente 4 3 DESENVOLVIMENTO O circuito desenvolvido na simulação elimina o acúmulo dos retardos vistos em outros contadores que não tem todos os flipflops controlados pelo mesmo pulso de clock O acionamento de cada flipflop é dado pelas portas AND que estão conectadas sempre com a saída de todo aquele jk anterior Portanto o circuito pode ser definido como o segundo flipflop muda de estado quando 𝑄0 1 o terceiro flipflop muda de estado quando 𝑄0 𝑄1 1 e o quarto flipflop muda de estado quando 𝑄0 𝑄1 𝑄2 1 No primeiro flipflop suas entradas j e k estão diretamente ligados a fonte de tensão Sendo assim ao iniciar a simulação se dá início a contagem Os próximos flipflops estão com suas entradas j e k ligadas entre si e o sinal vem da saída dos flipflops anteriores que está conectada em uma dessas entradas Dessa forma o segundo flipflop só é ativado após o primeiro flipflop estar em nível alto No terceiro flipflop as entradas j e k também estão ligadas entre si porém uma dessas entradas está conectada com a saída do primeiro AND formado pela saída dos flipflops 1 e 2 No quarto flipflop a ligação entre j e k se repete novamente porém seu ativamento acontece com um AND que tem suas entradas conectadas ao primeiro AND e à saída do flipflop 3 Portanto cada flipflop só será ativado se o seus anteriores estiverem em nível alto O circuito equivalente pode ser analisado abaixo FIGURA 2 CIRCUITO EQUIVALENTE O sinal de reset é aplicado de forma convencional como no contador assíncrono A vantagem que o circuito realizado tem sobre um contador assíncrono é que o atraso total não é a soma dos atrasos de cada flipflop o atraso final é considerado o atraso que ocorre nas portas AND e o atraso em um dos flipflops pois todos tem o mesmo pulso de sinal conectados em seus clocks Como já mencionamos no decorrer do relatório a frequência máxima de operação de um circuito contador jk com todos os clocks no mesmo pulso é aumentada e essa relação é dada pela seguinte equação 5 𝑓𝑚𝑎𝑥 1 𝑡𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜𝐹𝐹 𝑡𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜𝐴𝑁𝐷 Temos mais um termo no denominador porém o atraso nos flipflops será bem menor o que faz com que a frequência máxima aumente em um contador assíncrono teríamos a seguinte relação 𝑓𝑚𝑎𝑥 1 𝑁𝑡𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜𝐹𝐹 𝑁 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐹𝐹𝑠 4 DESCRIÇÃO DA SIMULAÇÃO O funcionamento de cada componente do circuito pode ser explicado como Os 4 flip flops são os decodificadores que enviam o sinal para o led que deve ser ativo em cada pulso de clock as portas AND estão no circuito para que haja controle sobre qual flipflop deve ser acionado os 4 leds são os representadores dos bits de saída sendo ativados em ordem crescente de 0 até 15 em binário os resistores estão postos para controlar a carga que passa nos leds o gerador de função pulsa o clock de todos os flipflops á uma frequência de 3Hz e por fim a fonte de tensão está no circuito para que enviar sinal que dará funcionamento as portas lógicas e aos leds do circuito Para facilitar a visualização do funcionamento do circuito os jumpers azuis são as conexões de pulso de todos os clocks os jumpers amarelos são as entradas das portas AND e os cinzas as saídas os jumpers laranjas fazem o curtocircuito entre o j e o k dos 3 últimos FFs e os jumpers brancos estão enviado o sinal para ativar o primeiro FF direto pela fonte de tensão e a última ligação particular é a saída do FF 1 para o curtocircuito do j e k do segundo flipflop dada pelo jumper marrom Os outros cabos são os positivos e negativos padrões de todo circuito 5 CONCLUSÃO Para concluir podemos notar uma grande vantagem em usarmos o pulso de clock em todos os flipflops quando queremos operar o circuito em uma frequência mais alta Suas saídas continuam sendo os enviadores de sinais para os leds como em circuitos assíncronos e a contagem ocorre de forma semelhante As portas AND são essenciais para que o circuito se torne um contador elas controlam quando o jk de saída de bit superior deve ou não ser ativado Esse controle ocorre pelas saídas dos FFs que antecedem o flipflop sendo somente ativado o próximo flipflop quando todos os anteriores estiverem em nível alto Essa configuração somada ao mesmo pulso de clock em todos os FFs resulta em um contador síncrono 0 a 15 em numero binário com seus sinais sendo enviados pelas próprias saídas dos flipflops