Na lição anterior aprendemos como funcionam os principais tipos de flip-flops, verificando que, dependen­do dos recursos que cada um possua, podem ser empregados de diversas formas. Também vimos as entradas que estes dispositivos podem conter para melhorar seu desempenho em determinadas aplicações, como por exemplo, nos computadores. Estuda­mos ainda nas primeiras lições do curso as funções lógicas usadas em diversos circuitos. Tudo isso nos leva à necessidade de contarmos com estas funções na forma de circuitos integrados. De fato, existem muitos circuitos integrados TTL e CMOS con-tendo flip-flops dos tipos estudados e todas as funções lógicas (portas e in­versores e amplificadores) e será jus­tamente deles que falaremos nesta lição. 

OS FLIP-FLOPS TTL
A família de circuitos integrados digitais TTL conta com uma grande quantidade de flip-flops usados numa infinidade de aplicações práticas.
A diferença de cada tipo de circui­to integrado não está apenas no tipo de flip-flop que contém como também nos seus recursos e na sua quantida­de. Também devemos observar que um fator importante na escolha de um flip-flop para uma determinada apli­cação é a sua velocidade. Para as di­versas famílias TTL podemos especi­ficar as máximas velocidades dos seus flip-flops da seguinte maneira:
Standard (74) - 35 MHz
Low Power (74L) - 3 MHz

Low Power Shottky (74LS) -45 MHz
High Speed (74H) - 50 MHz
(74S) - 125 MHz

É importante observar que para os flip-flops TTL é preciso alguns cuida­dos, como por exemplo, manter sem­pre as entradas CLEAR e PRESET em níveis definidos. Deixando estas entradas abertas, podem ocorrer ins­tabilidades de funcionamento.
O nível em que elas devem ser deixadas, ou seja, sua conexão no Vcc ou 0 V depende da aplicação.

a) 7473 - DUPLO FLIP-FLOP J-K COM CLEAR
Num único invólucro de 14 pinos Dual in Line temos 2 flip-flops do tipo J-K com entrada de Clear. A pinagem deste circuito integrado é mostrada na figura 1.

Figura 1

Os flip-flops são sensíveis ao ní­vel de clock (Level Triggered) com entrada de Clear assíncrono. O funcio­namento dos flip-flops deste circuito integrado pode ser melhor entendido pela tabela verdade da figu­ra 2.

Figura 2

Nesta tabela, o símbolo com a forma de um pulso de sinal representa um pulso de clock positivo aplicado à en­trada correspondente.
Observe que quando J e K estão aterradas, o clock não tem efeito sobre o cir­cuito. Na operação normal, a entrada Clear deve ser mantida no nível alto. Se a entrada Clear  for aterrada, o flip-flop resseta. A frequência máxi­ma de operação destes flip-flops é de 20 MHz com um consumo por circui­to integrado da ordem de 20 mA.

b) 7474 - DUPLO FLIP-FLOP TIPO D COM PRESET E CLEAR
Os flip-flops contidos no invólucro DIL de 14 pinos disparam com a tran­sição positiva do sinal de clock (Positive-Edge Triggered). A pinagem deste circuito integrado é mostrada na figura 3.

Figura 3

A tabela verdade que apresenta o funcionamento dos flip-flops deste circuito integrado é dada na figura 4. Pela tabela, concluímos que a condi­ção em que as entradas Clear e Preset estão simultaneamente ativas não deve ser usada, pois teremos uma condição não permitida para os flip-flops.

Figura 4

A frequência máxima de operação deste circuito integrado é de 25 MHz e o consumo é da ordem de 17 mA.

c) 7475 - QUATRO LATCHES TIPO D
Os latches são como chaves que armazenam uma informação digital pre­sente em sua entrada. A aplicação mais comum é justamente como memória, cada circuito integrado 7475 pode armazenar 4 bits de informação.
Na figura 5 temos a pinagem deste circuito integrado. Quando o circuito é habilitado, o que é conseguido levando a linha “ENABLE” ao nível alto, as saídas Q e /Q seguem a entrada D. O latch é do tipo “transparente”, logo, se as entradas forem modificadas, as saídas também se alterarão.

Figura 5

Quando a entrada “ENABLE” é levada ao nível baixo, as saídas não respondem aos sinais de en­trada D.
Veja que o LATCH armazena a informação que estava na entrada D imediatamente antes da ocorrência de uma transição do nível alto para o nível baixo da linha de habilitação (Ní­vel 1 para o nível 0).
O funcionamento de cada flip-flop do 7475 pode ser colocado na tabela ver­dade da figura 6.

Figura 6

Este circuito integrado não serve para aplicações onde se deseja mudanças de estado a cada pulso de clock. Dizemos que este cir­cuito não pode ser usado como um registrador de des­locamento (shift-register) que será estudado nas pró­ximas lições.
O tempo de propagação do sinal é da ordem de 24 ns e o consumo típico por circuito integrado é de 32 mA.

d) 7476 - DOIS FLIP-FLOPS J-K COM PRESET E CLEAR
Os dois flip-flops deste circuito in­tegrado têm funcionamento indepen­dente e disparam com nível do sinal de clock (level triggered).
O invólucro é DIL de 16 pinos, veja a figura 7.

Figura 7

O funcionamento de cada um dos flip-flops pode ser melhor ana­lisado através da tabela verdade da figura 8. Observe o símbolo adotado para representar um pulso de clock.

Figura 8

Da mesma forma que nos demais circuitos integrados desta série, as entradas CLEAR E PRESET devem ser mantidas em níveis lógicos defi­nidos, para que não ocorra o funcio­namento errático do circuito.
Também observamos pela tabela verdade que não se pode ativar as duas entradas de CLOCK E CLEAR ao mesmo tempo, pois isso levaria os flip-flops a uma condição não permi­tida.

Um ponto interessante que deve ser observado neste circuito integra-do é a pinagem diferente, já que nor­malmente nos circuitos desta série a alimentação positiva é sempre nos pino 14 ou 16 e a negativa no pino 7 ou 8, quando os invólucros são de 14 ou 16 pinos. A frequência máxima de operação destes flip-flops para a sé­rie normal é de 20 MHz e o consumo de 20 mA.

e) 74174 - SEIS FLIP-FLOPS TIPO D COM CLEAR
Este circuito integrado contém seis flip-flops do tipo D que são disparados na transição positiva do si­nal de clock. A entrada de CLEAR é comum a todos os flip-flops. O invólucro é de 16 pinos com a identificação feita segundo mostra a figura 9.

Figura 9

A tabela verdade que des­creve o funcionamento de cada flip-flop deste circuito integra-do está na figura 10.

Figura 10

Observe que nestes flip-flops temos acesso a apenas uma das saídas, assim, as sa­ídas complementares não po­dem ser usadas.

A frequência máxima dos flip-flops da série stardard (comum) é de 35 MHz com um consumo típico de 45 mA por circuito integrado.

f) 74273 - OITO FLIP-FLOPS TIPO D COM CLEAR
Este circuito é semelhante ao an­terior com a diferença de que existem oito em lugar de seis flip-flops tipo D. Cada um dos flip-flop pode operar com um bit, assim, esta configuração se torna ideal para aplicações em computadores, pois opera com 8 bits que correspondem a um byte.
A pinagem do circuito integrado 74273 é mostrada na figura 11.

Figura 11

A tabela verdade para cada flip-flop é a mesma do circuito integrado anterior apresentada na figura 10.
A frequência máxima de operação para os circuitos integrados deste tipo da série normal é de 30 MHz com um consumo de 62 mA para cada um.
Veja que o invólucro usado é Dual In Line de 20 pinos e que a entrada de CLEAR é comum a todos os inte­grados.Também observamos que não existe acesso às saídas complemen­tares dos flip-flops.


g) 74LS373 -LATCH OCTAL TRANSPARENTE TIPO D
O tipo LS é importante neste caso, já que se trata de circuito compatível com as portas paralelas dos compu­tadores e portanto, pode ser excitado diretamente pelos níveis lógicos exis­tentes num PC.
Uma vez que o circuito integrado 74LS373 contém 8 latches com saí­da tri-state, ele pode ser usado para trabalhar com um byte inteiro, sem problemas.
A pinagem deste circuito integra-do é mostrada na figura 12.

Figura 12

Quando a entrada /OE está no ní­vel alto (1), as saídas de todos os flip-flops vão para o estado de alta impedância. Isso significa que estas saídas podem ser ligadas a um barramento comum a outros circuitos integrados, sem o problema de con­flitos que possam carregar os circui­tos causando problemas de funciona­mento, conforme já estudamos nas lições iniciais deste curso.

Quando a entrada /OE está ativada, o que é feito le­vando-a ao nível baixo (0), o estado das saídas vai depender da entrada EL. Se EL es­tiver no nível alto (1), o latch estará aberto “transparente”. O que estiver na entrada D vai passar pelo circuito e apare­cer na saída Q.

Se EL estiver no nível bai­xo (0), a saída Q não mais res­ponde ao que ocorre nas en­tradas D. Nestas condições dizemos que o latch está fechado e a saída Q será o conteúdo das entra­das D que foi armazenado imediata­mente antes da transição das entra­das EL do nível alto para o nível bai­xo. Em outras palavras, podemos di­zer que os flip-flops são gatilhados na transição negativa da entrada EL.
Observe a condição de alta impedância obtida com /OE no nível alto. A frequência máxima de opera­ção para os latches deste circuito in­tegrado é de 50 MHz com um consu­mo de 24 mA.


h) 74LS374 - OITO FLIP-FLOPS TIPO D COM SAÍDAS TRI-STATE
Temos neste circuito integrado TTL em invólucro DIL de 20 pinos 8 flip-flops do tipo D que são disparados na transição positiva do sinal de clock. As saídas são tri-state e a pinagem é mostrada na figura 13.

Figura 13

Quando a entrada /OE está no ní­vel alto, as saídas de todos os flip-flops vão para o estado de alta impedância. Veja que neste circuito integrado também não temos acesso às saídas complementares dos flip-flops. A tabela verdade que descreve
o funcionamento de cada um dos flip-flops é mostrada na figura 14.

Figura 14

A frequência máxima de operação deste circuito integrado é de 50 MHz com um consumo típico de 27 mA. 


OS FLIP-FLOPS CMOS
Temos diversos flip-flops disponí­veis na família CMOS que serão ana­lisados a seguir. Uma recomendação importante relativa ao uso destes flip-flops, assim como das demais fun­ções CMOS, é que as entradas não usadas, pela sua sensibilidade devi­da à alta impedância, nunca devem ser mantidas abertas.
Nos flip-flops CMOS, diferente­mente dos TTL, as entradas assíncronas são ativadas no nível alto,
o que significa que devem ser mantidas no nível baixo para a ope­ração normal.

a) 4013 - DOIS FLIP-FLOPS TIPO D COM PRESET E CLEAR
Os dois flip-flops contidos neste circuito integrado são disparados na transição positiva do sinal de clock.
O invólucro é o DIL de 14 pinos da figura 15.

Figura 15

A tabela verdade para este circui­to integrado está na figura 16.

Figura 16

Pela tabela verdade vemos que as entradas CLEAR E PRESET são ati­vas no nível alto, mas que somente uma delas pode estar nesta condição de cada vez. Se as duas entradas PRESET e CLEAR forem colocadas no nível alto ao mesmo tempo, o flip-flop vai para uma condição não per­mitida.
A informação presente na entra­da D é transferida para a saída, quan­do as entradas assíncronas PRESET E CLEAR estão inativas.
É importante observar que a velo­cidade de operação dos circuitos CMOS depende da tensão de alimen­tação, como já estudamos nas lições anteriores.
Nos manuais de circuitos integra-dos CMOS os leitores poderão encon­trar tabelas que trazem os diversos tempos de propagação dos sinais e as frequências de operação em fun­ção desta tensão de alimentação. Podemos dizer apenas que, para uma alimentação de 10 V, a frequência máxima de clock será de 7 MHz.

b) 4027 - DUPLO FLIP-FLOP J-K COM PRESET E CLEAR
Neste circuito integrado encontra­mos dois flip-flops tipo J-K com en­tradas de PRESET E CLEAR. O invó­lucro é DIL de 16 pinos, mostrado na figura 17.

Figura 17

Nos flip-flops, as entradas PRESET e CLEAR são independen­tes. A tabela verdade para os flip-flops é mostrada na figura 18.

Figura 18

Observe que temos acesso tanto as saídas normais como complemen­tares de cada um dos flip-flops e que as saídas CLEAR E PRESET estão ativas no nível alto. No entanto, como nos demais flip-flops, estas saídas não podem ser ativadas ao mesmo tempo, pois levariam os flip-flops a uma condição não permitida.
Como no caso anterior, a frequên­cia depende da tensão de alimenta­ção. Para uma tensão de alimentação de 10 V, a frequência máxima de ope­ração é da ordem de 8 MHz.

c) 4043 - QUATRO FLIP-FLOPS S R-S (Lógica NOR)
Este circuito integrado contém quatro flip-flops R-S independentes com saídas tri-state. O invólucro DIL de 16 pinos é mostrado na figura 19.

Figura 19

Em cada um dos flip-flops, as en­tradas SET e RESET podem normal-mente ficar no nível baixo. Se a en­trada SET for levada ao nível alto, a saída irá e permanecerá no nível alto. Se a entrada RESET for levada ao nível alto a saída irá e permanecerá no nível baixo. As duas saídas não podem ser levadas ao mesmo tempo ao nível alto, pois isso representa um estado não permitido.
As saídas vão ao estado de alta impedância com a entrada EN (habi­litação ou ENABLE) levada ao nível baixo. Quando o nível da entrada EN é alto, as saídas são conectadas aos flip-flops, transferindo seus estados para os circuitos externos.
Como estes circuitos não usam clocks, eles não devem ser ligados em cascata para formar contadores ou shift-registers.

d) 40174 - SEIS FLIP-FLOPS TIPO D
Este circuito integrado contém seis flip-flops tipo D disparados pela tran­sição positiva do sinal de clock. Ape­nas uma das saídas de cada flip-flop é acessível externamente e o CLEAR é comum a todos eles. O invólucro é DIL de 16 pinos com a pinagem mos­trada na figura 20.

Figura 20

Todos os flip-flops são controlados por uma entrada co­mum de clock. A tabela verdade para os flip-flops deste circuito integrado é mostrada na figura 21.

Figura 21

e) 40175 - QUATRO FLIP-FLOPS TIPO D
Trata-se de um circuito integrado que contém quatro flip-flops seme­lhantes ao anterior com a diferença de que as duas saídas (normal e com­plementar) podem ser acessadas.
O invólucro deste circuito integra-do é apresentado na figura 22.

Figura 22

A tabela verdade para os circuitos integrados é a mesma do 40174. Para uma alimentação de 10 V, a frequên­cia máxima de clock é de 10 MHz.


FUNÇÕES LÓGICAS TTL
Podemos contar com uma boa quantidade de circuitos integrados contendo as principais funções lógi­cas em tecnologia TTL. Damos a se­guir alguns dos mais importantes, já que para obter informações sobre a totalidade será interessante contar com um manual TTL.

a) 7400 - Quatro Portas NAND de duas entradas
Num invólucro DIL de 14 pinos contamos com quatro portas NAND de duas entradas de funcionamento independente.
Veja na figura 23 a pinagem des­te circuito integrado.
O consumo médio por circuito in­tegrado é da ordem de 12 mA.

Figura 23

b) 7402 - Quatro Portas NOR de duas entradas
Este circuito integrado em invólu­cro DIL de 14 pinos tem a pinagem mostrada na figura 24 e cada unida­de exige uma corrente de 12 mA.

Figura 24

c) 7404 - Seis Inversores (Hex Inverter)
Os seis inversores deste circuito integrado podem ser usados de for­ma independente. A pinagem está na figura 25.

Figura 25

d) 7408 - Quatro Portas AND de duas entradas
Este circuito integrado tem a pinagem da figura 26 e cada unida­de exige uma corrente de 16 mA.

Figura 26

e) 7410 - Três portas NAND de três entradas
Cada uma das três portas NAND deste circuito integrado pode ser usa­da de forma independente. A corren­te exigida pelo circuito é de 6 mA.

Figura 27

f) 7420 - Duas portas NAND de quatro entradas
Este circuito integrado contém duas portas NAND que podem ser usadas de forma independente. A pinagem é mostrada na figura 28.
O consumo por unidade é de apro­ximadamente 4 mA.

Figura 28

g) 7432 - Quatro portas OR de duas entradas
As portas OR deste circuito inte­grado podem ser usadas de modo in­dependente e a corrente total exigida é da ordem de 19 mA. A pinagem está na figura 29.

Figura 29

h) 7486 - Quatro Portas OR-Exclusivo
As portas OU-exclusivo ou Exclusive OR deste circuito integra-do podem ser usadas de forma inde­pendente. O consumo é de 30 mA e a pinagem está na figura 30. 
Figura 30

FUNÇÕES LÓGICAS CMOS
Também podemos contar com uma boa quantidade de circuitos in­tegrados CMOS contendo funções lógicas. Evidentemente, não temos espaço para colocar todas estas fun­ções nesta lição, assim recomenda­mos ao leitor que adquira um manual CMOS. Daremos a seguir algumas das mais usadas.


a) 4001 - Quatro Portas NOR de duas entradas
Este circuito integrado contém quatro portas NOR em invólucro DIL de 14 pinos com a pinagem mostra­da na figura 31.
O consumo por circuito integrado é da ordem de 10 nW.

Figura 31

b) 4011 - Quatro portas NAND de duas entradas
Em invólucro DIL de 14 pinos en­contramos quatro portas NOR de duas entradas de funcionamento in­dependente. O invólucro com a iden­tificação dos terminais é mostrado na figura 32.

Figura 32

c) 4012 - Duas portas NAND de quatro entradas
As quatro portas NOR de duas entradas deste circuito integrado po­dem ser usadas de forma indepen­dente. A identificação dos terminais deste circuito integrado está na figu­ra 33.

Figura 33

d) 4023 - Três portas NAND de três entradas
As três portas NAND deste circui­to integrado podem ser usadas de maneira independente. A pinagem é mostrada na figura 34.

Figura 34

e) 4025 - Três portas NOR de três entradas
Encontramos neste circuito inte­grado três funções NOR que podem ser usadas de forma independente. A pinagem é mostrada na figura 35.

Figura 35


A FUNÇÃO TRI-STATE EXPANSÍVEL DO 4048
O circuito integrado 4048 tem ca­racterísticas muito interessantes para projetos CMOS envolvendo funções lógicas. Conforme estudamos, usan­do combinações apropriadas de funções simples, é possível simular qualquer outra função mais comple­xa. É justamente isso que faz o 4048 que tem a pinagem mostrada na fi­gura 36.

Figura 36

Este circuito possui 8 entradas, uma saída e três entradas de “progra­mação”.
Dependendo dos níveis lógicos aplicados nestas entradas de progra­mação, o circuito se comporta como funções NOR, OR, NAND ou AND com 8 entradas ou ainda de forma combinada, realizando ao mesmo tempo funções de portas OR e AND cada um de 4 entradas e outras que são mostradas na figura 37.

Figura 37

Assim, por exemplo, se colocar­mos todas as três entradas de pro­gramação no nível alto (Ka,Kb e Kc= 111), o circuito se comporta como duas portas AND de quatro entradas ligadas a uma porta OR de duas en­tradas.
Veja então que esta interessante função pode servir de “coringa” em muitos projetos, pois consegue simu­lar a operação de diversas combina­ções de outros circuitos integrados CMOS.
Internamente, o 4048 é bastante complexo contendo 32 funções inde­pendentes programadas pelos níveis lógicos aplicados às entradas corres­pondentes.


QUESTIONÁRIO
1. Qual é o conjunto de funções que o leitor provavelmente não encontrará na forma de um circuito integrado TTL ou CMOS?
a) Seis portas AND de 3 entradas
b) Seis inversores
c) Quatro portas AND de duas entradas
d) Quatro portas Exclusive OR


2. As quatro portas NAND de um circuito integrado TTL 7400 têm:
a) Alimentação independente
b) Quatro entradas
c) Funcionamento independente
d) Reset comum

3. Os flip-flops do circuito integrado 4027 são:
a) Do tipo R-S
b) Do tipo D
c) Do tipo J-K
d) Do tipo T

4. Um “latch” como o circuito TTL 5. Qual é a condição proibida nos
d) Saídas ligadas às entradas D ou 7475 é usado para: flip-flops CMOS e TTL? Clear .
a) Contagem binária
a) Entradas J e K ligadas em paralelo
b) Divisão de frequência
b) Preset e Clear ao mesmo tempo
c) Operação como porta AND ativos
d) Armazenamento de informação
c) Preset e Clear ao mesmo tempo digital desativados

Respostas:
1-a, 2-c, 3-c, 4-d, 5-b