O termo flip-flop, báscula ou multivibrador biestável é associado a um tipo de circuito que, apresentando apenas dois estados possíveis, se torna compatível com algumas aplicações de sequenciamento digital.
Esses circuitos podem ser usados para armazenar bits de informação, para fazer o sequenciamento de informações digitais e para fazer a divisão de frequência de sinais digitais, além de muitas outras funções que ficarão claras a partir desse momento, no decorrer desse curso.
Os flip-flops são elementos de circuito que podem apresentar em seu funcionamento apenas dois estados estáveis. Não existem estados intermediários entre estes dois estados.
Podemos compará-los a uma gangorra em que existem apenas dois estados estáveis possíveis: quando o lado A está no nível baixo ou lado B está no alto e quando o lado A está no alto o lado B está no baixo.
As situações intermediárias são instáveis e não se mantém senão durante as transições ou mudanças de estado.
No caso específico de um flip-flop eletrônico, implementado com componentes como transistores, a aplicação de um sinal de entrada pode causar uma mudança de um estado para outro, e como a qualquer momento podemos saber qual é o estado em que ele se encontra, podemos considerar este circuito como uma unidade de memória capaz de armazenar um bit.(*)
(*) O bit é a unidade de informação, corresponde a um 1 ou a um 0.
Por essa capacidade de armazenamento o flip-flop é usado como elemento básico das chamadas memórias estáticas ou SRAMs.
Existem diversos tipos de flip-flops que podem ser encontrados nos circuitos digitais. Para nós, em especial, interessa conhecer os tipos principais de flip-flops que podem ser encontrados nos circuitos integrados das famílias digitais principais, ou seja, TTL e CMOS.
O Flip-Flop R-S (de Reset e Set) tem sua configuração com transistores mostrada na figura 1 e funciona da seguinte maneira:
Quando alimentamos o circuito, dadas as mínimas diferenças que podem existir entre as características dos dois transistores, um deles conduzirá mais do que o outro.
Supondo que este transistor seja Q1 o que ocorre é que há uma queda de tensão no seu coletor que reduz, em consequência, a corrente que polariza a base de Q2 via R2.
Nessas condições, a tensão do coletor de Q2 se mantém alta, realimentando a base de Q1 via R3 e a situação final do circuito é estabelecida: Q1 satura e Q2 fica no corte. O flip-flop encontra seu estado estável inicial.
O flip-flop R-S tem duas saídas, representadas por Q e /Q, assim na condição inicial estável com Q1 conduzindo Q estará no nível baixo (0) e /Q estará no nível alto (1).
O processo que leva o flip-flop a este estado inicial, pronto para funcionar é muito rápido, não demorando mais do que alguns microssegundos, ou mesmo nanosegundos dependendo dos componentes usados..
Quando o flip-flop se encontra na situação indicada, com Q=0 e /Q=1 dizemos que ele se encontra "setado" ou ainda fixado (o termo "armado" também pode ser usado).
A mudança de estado do flip-flop pode ser obtida aplicando-se um sinal na entrada conveniente.
Como usamos transistores NPN, para comutar o flip-flop temos de fazer conduzir por um instante o transistor que está cortado, ou seja, devemos aplicar um pulso positivo na entrada correspondente.
Assim, estando o flip-flop na condição indicada e desejarmos mudar o estado, aplicamos o pulso na entrada SET.
O transistor Q2 conduz por um instante, realimentando via R3 a base de Q1 que é cortado. Com o corte, a tensão na base de Q2 sobe via polarização de R2, e mesmo que o pulso de disparo desapareça, o circuito se mantém no novo estado graças à realimentação.
Sua saída Q vai ao nível (1) e a saída /Q vai ao nível (0).
Para trocar novamente de estado o flip-flop R-S, aplicamos um pulso positivo na entrada RESET levando Q1 a saturação a Q2 ao corte, situação que se firma mesmo depois de desaparecido o pulso graças à realimentação proporcionada pelos resistores.
Veja que um pulso aplicado à entrada SET, o que corresponde a um bit 1, faz com que a saída Q que estava em 0 passe a 1 armazenando este bit.
O flip-flop funciona realmente como uma memória para este bit.
Da mesma forma como utilizamos transistores bipolares NPN para obter um flip-flop podemos também empregar outros tipos de componentes em configurações semelhantes.
O diagrama de tempos da figura 2 mostra o que ocorre no funcionamento de um flip-flop por etapas que podem ser analisadas da seguinte forma.
a) Flip-flop ressetado
b) /S vai ao nível baixo e o flip-flop é setado
c) /S vai ao nível alto e o flip-flop permanece setado
d) /R vai ao nível baixo e o flip-flop é ressetado
e) /R volta ao nível alto e o flip-flop permanece ressetado
Observação: a barra que encontramos nas especificações de entradas e saídas, indica que ela está ativa ou se torna ativa no nível baixo.
Assim, o R/ indica que para ressetar devemos levar essa entrada ao nível baixo.
O R, simplesmente, indicaria que é preciso levar a entrada ao nível alto para ressetar. Tudo isso pode ser representado por uma tabela verdade, da mesma forma que fazemos com as funções lógicas.
Nesta tabela temos alguns novos símbolos com os quais o leitor deve começar a se familiarizar e que são amplamente usados em eletrônica digital, a saber:
a) Primeira possibilidade
Qn-1 = representa o estado da saída Q ANTES da aplicação dos sinais.
Qn = representa o estado da saída Q DEPOIS da aplicação dos sinais.
b) Segunda possibilidade
Q = representa o estado da saída Q ANTES da aplicação dos sinais.
Qn+1 = representa o estado da saída Q DEPOIS da aplicação dos sinais.
Obs.: em lugar de n em alguns livros encontramos a letra t. Os dois tipos de representação são usados.
Nas colunas e linhas em que são colocados os níveis lógicos 0 e 1 é quando aparece o termo Qn ou /Qn isso indica que a saída vai para um estado indeterminado.
A tabela verdade do flip-flop R-S com portas NAND fica então:
R S Qn+1 /Qn+1
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 Qn /Qn
Ver também:
• Multivibrador Biestável (274)
• Báscula (275)
• Flip-Flop Mestre-Escravo (276)
• Flip-Flop J-K (277)
• Toggle (278)
• Flip-Flop Tipo D (279)
• Bit (280)
