Prática 5 — Contador assíncrono

01 / desafio

Uma contagem, duas sequências

Desenvolva um circuito sequencial capaz de percorrer, de forma cíclica, os números pares de 0 a 6 ou os números ímpares de 1 a 7. Uma chave de seleção define o modo de operação. Um LED azul indica o modo par e um LED amarelo indica o modo ímpar.

O número deve ser apresentado em binário por três LEDs independentes, identificados por Q₂, Q₁ e Q₀. Um acionamento do botão de contagem corresponde a um avanço de duas unidades, com retorno ao início da sequência.

Modo par · M = 0

0 → 2 → 4 → 6 → 0 → …

LED azul aceso; amarelo apagado.

Modo ímpar · M = 1

1 → 3 → 5 → 7 → 1 → …

LED amarelo aceso; azul apagado.

Convenção: são três bits de saída e quatro estados de contagem em cada modo. Q₂ é o bit mais significativo e Q₀ é o menos significativo. LED de saída aceso representa 1.

02 / preparação

Objetivos, entradas e recursos

Objetivos

Utilizar flip-flops D na construção de um contador;
compreender o encadeamento assíncrono dos estágios;
relacionar representação binária e paridade;
tratar o repique de contatos do botão;
observar os atrasos de propagação.

Recursos

Flip-flops D e portas lógicas disponíveis;
push-button de contagem e comando de inicialização;
chave de seleção M;
três LEDs para a palavra binária, um azul e um amarelo;
resistores, protoboard, alimentação e solução de antirrepique;
simulador lógico e, se disponível, osciloscópio ou analisador lógico.

Contador assíncrono: os estágios não recebem todos o mesmo clock; a saída de um estágio comanda o clock do seguinte. O botão fornece os pulsos ao primeiro estágio. O acionamento manual, isoladamente, não caracteriza um contador como assíncrono.

03 / especificação e projeto

Requisitos de funcionamento

Utilize flip-flops do tipo D para armazenar o estado da contagem. Não utilize contador integrado pronto, microcontrolador ou programação.
Implemente o contador em cascata assíncrona, justificando as conexões conforme a borda ativa dos flip-flops escolhidos.
Cada pressão completa no botão deve gerar um único avanço; soltar o botão não deve produzir outra contagem.
Ao inicializar, a saída deve indicar 000 no modo par ou 001 no modo ímpar.
Altere o modo com o botão de contagem solto e execute a inicialização antes de retomar os testes.
Após a estabilização, apenas o LED correspondente ao modo selecionado deve permanecer aceso.

Planejamento da sequência

Escreva as duas sequências em binário e construa as tabelas de estado atual e próximo estado.
Identifique quais bits variam e qual bit caracteriza a paridade.
Determine o número mínimo de flip-flops D necessário. Justifique por que três LEDs não implicam necessariamente três flip-flops.
Determine a relação entre D e a saída de cada estágio para obter a alternância de estado.

Diagrama lógico

Desenhe o circuito completo: seleção de modo, entrada de pulsos, flip-flops, inicialização e cinco LEDs.
Identifique a borda ativa de cada clock e escolha a saída que deverá comandar o estágio seguinte para obter a contagem crescente.
Projete o antirrepique e indique qual transição corresponde à pressão do botão.
Consulte o datasheet dos componentes: alimentação, pinagem, polaridade das entradas assíncronas e limites de corrente das saídas.
Preveja resistores para os LEDs, níveis definidos nas entradas e desacoplamento da alimentação. Não ative simultaneamente SET e RESET assíncronos de um mesmo flip-flop.

04 / simulação e montagem

Do circuito ideal ao botão real

Simulação funcional

Implemente o projeto em um simulador e comece com pulsos ideais.
Inicialize e execute pelo menos dois ciclos completos em cada modo.
Registre um diagrama de temporização com o pulso de entrada, os clocks dos estágios e Q₂, Q₁, Q₀.
Verifique se a topologia permanece assíncrona e se a contagem segue a ordem especificada.

Montagem e antirrepique

Monte e verifique a alimentação antes de conectar o circuito completo.
Teste a inicialização e os indicadores de modo.
Integre o botão com antirrepique e confirme um avanço por pressão.
Explique por que um botão sem tratamento pode provocar vários avanços em um único acionamento.

Observação experimental: em um contador assíncrono, as saídas não mudam exatamente ao mesmo tempo. Compare os valores estáveis com os estados transitórios decorrentes da propagação entre estágios. Se o simulador utilizar atrasos nulos, registre essa limitação.

05 / validação

Plano de testes

Preencha os resultados observados após a estabilização das saídas. O número de acionamentos é contado a partir da inicialização.

Valores esperados em cada modo
Acionamentos	Par · Q₂Q₁Q₀	Decimal	Ímpar · Q₂Q₁Q₀	Decimal
0 — inicialização	000	0	001	1
1	010	2	011	3
2	100	4	101	5
3	110	6	111	7
4 — retorno	000	0	001	1

Repita a sequência até completar oito acionamentos por modo.
Mantenha o botão pressionado: deve ocorrer apenas um avanço. Solte-o: a saída deve permanecer no mesmo número.
Acione a inicialização a partir de diferentes valores e confirme o primeiro número do modo escolhido.
Confira os LEDs de modo em todos os valores, inclusive no zero.
Observe com atenção 2 → 4 e 3 → 5: explique os possíveis estados transitórios entre os valores estáveis.

06 / resultado esperado

Entrega da prática

Apresente as tabelas de transição, o dimensionamento dos flip-flops, o diagrama completo, a justificativa das conexões de clock, a solução de antirrepique e as evidências dos testes nos dois modos.

Inclua um diagrama de temporização e explique: como o circuito avança de duas em duas unidades; como identifica a paridade; por que a contagem é assíncrona; e qual a diferença entre repique do botão e atraso de propagação dos estágios.

A avaliação considera a correspondência entre projeto e sequências especificadas, o uso de flip-flops D em cascata assíncrona, a inicialização, a confiabilidade do acionamento manual e a clareza da documentação.