Eletrnica DigitalConceitos lgicosOs circuitos em que as tenses
de entrada e de sada variam num certo intervalo contnuo: circuitos
RC, dodos, amp-ops denominam-se circuitos eletrnicos analgicos.
Isto acontece quando os sinais com que trabalhamos so contnuos. No
entanto, existem situaes em que o sinal de entrada naturalmente
discreto. Nesses casos o uso de Electrnica Digital (circuitos que
tratam dados compostos de 1s e 0s) natural e mais conveniente. Alm
do mais, por vezes desejvel converter dados contnuos (analgicos)
para a forma digital, e vice versa, de forma a processar os dados
ou a armazenar grandes quantidades de dados em suportes magnticos
ou digitais. Outra aplicao interessante que as tcnicas digitais
possibilitam a transmisso de sinais analgicos sem degradao
provocada pelo rudo. Estados lgicosEstados Lgicos
Verd Falso
10
HighLow
+Vs0V
OnOff
Electrnica Digital significa circuitos nos quais existem apenas
(geralmente) dois estados em qualquer ponto do circuito. Em geral
trabalham-se com voltagens chamando aos nveis HIGH (alto) e LOW
(baixo). Os dois estados representam bits (binary digits) de
informao. Bit, byte e nibbleCada dgito binrio denominado bit, assim
10110110 um nmero de 8 bits.Um bloco de 8 bits um byte e pode ir at
um nmero mximo de 11111111 = 255 em decimal.Um bloco de 4 bits um
nibble (metade de um byte!) e pode ter um nmero mximo de 1111 = 15
em decimal. Muitos circuitos de contagem trabalham com blocos de 4
bits porque este nmero necessrio para contar at 9 em decimal. (O
nmero mximo com 3 bits apenas 7 em decimal)
Tenso sinal lgicoTTL Nvel HIGH(ALTO) e LOW(BAIXO)Os nveis HIGH e
LOW representam, de uma forma predefinida, os estados Verdadeiro e
Falso da lgica Booleana.
Para representar o estado Verdadeiro e Falso tambm so usados os
algarismos 1 e 0, respectivamente.Intervalo de tensoEm circuitos
digitais os nveis de tenso correspondente a HIGH e LOW ficam em um
intervalo determinado.
A tenso que representa o valor "alto" e "baixo" varia em funo da
tecnologia, tecnologias diferentes (TTL, CMOS, ETL, BTL, GTL, LowV)
tm valores diferentes, entradas e sadas podem ter valores
diferentes. Por exemplo, a tecnologia TTL, na entrada(input) Nvel
1(2 a 5V) Nvel 0 (0 a 0,8V), na sada(output) Nvel 1(2,7 a 5V) Nvel
0 (0 a 0,4V).
Tenso sinal lgicoCMOS A tecnologia CMOS onde o nvel LOW est a
menos de 1,5 V do nvel da terra (entre -0,3V e +1,5V) e o nvel HIGH
a 1,5V dos +5V (entre 3,5 e 5,5V), a qual a tenso de alimentao.
Isto permite ter em conta os defeitos de fabrico, as variaes com a
temperatura e com a tenso de entrada, a presena de rudo, etc.
Gates e tabelas de verdadeExistem dois tipos de
lgica:combinatria, que resolvida por combinao dos impulsos de
entrada;sequencial, em que o resultado requer tambm o conhecimento
dos impulsos anteriores.
Para o primeiro caso utilizam-se portas (gates) lgicas e no
segundo so tambm necessrios dispositivos com memria, como os
flip-flops que iro ser tratados mais tarde. Portas LgicasAs portas
lgicas so circuitos electrnicos que operam sobre um ou mais sinais
de entrada para produzirem um sinal de sada. Nas tecnologias mais
comuns, o circuito lgico distingue 2 intervalos distintos de tenso,
que so interpretados como 1 ou 0. Gate ORA sada HIGH se alguma das
entradas for HIGH. O smbolo Booleano que se usa + (smbolo de
adio).
Porta Lgica OR ABQ
000
011
101
111
Gate ANDA sada HIGH apenas se ambas as entradas forem HIGH. O
smbolo Booleano que se usa . (smbolo de multiplicao).
Porta Lgica AND ABQ
000
010
100
111
Gate NOTInverte o valor lgico da entrada. Para a representar
usa-se ou uma barra sobre o smbolo ou um apstrofe a seguir.
Porta Lgica NOT
AQ
01
10
Gates NAND e NORSo as gates AND e OR, respectivamente, seguidas
de inverso.
Porta Lgica NANDABQ
001
011
101
110
Gate OR exclusivoA sada s HIGH se uma das entradas for HIGH e a
outra for LOW. Representa-se pelo smbolo.
Porta Lgica OR ABQ
000
011
101
110
Lgica combinatriaNeste tipo de lgica o estado sada depende, de
uma forma predeterminada, apenas dos impulsos presentes na entrada.
Circuitos combinatrios podem ser construdos recorrendo apenas a
portas(gates) lgicas. Identidades lgicasA maior parte das
identidades seguintes so bvias. As duas ltimas constituem o teorema
de DeMorgan e so as mais importantes para o desenho de circuitos:
ABC=(AB)C=A(BC) AB=BA AA=A A1=A A0=0 A(B+C)=AB+AC A+AB=A
A+BC=(A+B)(A+C) A+B+C=(A+B)+C=A+(B+C) A+B=B+A A+A=A A+1=1 A+0=A 1=0
0=1 A+A=1 AA=0 (A)=A A+AB=A+b (A+B)=AB (AB)=A+B O smbolo depois da
letra representa a negao (tambm pode ser representada por uma barra
por cima da letra). Exemplo: a gate OR-exclusiva - Este exemplo
ilustra o uso de identidades para realizar um OR-exclusivo a partir
de gates normais. A partir da tabela de verdade podemos escrever, j
que na sada apenas temos 1 quando (A,B)=(0,1) ou (1,0), A o qual
pode ser implementado facilmente. Mas esta realizao no nica, j que
A =A(A+B)+B(A+B)=A(AB)+B(AB)=(A+B)(AB) Minimizao e mapas de
Karnaugh Como a realizao de funes lgicas no nica, por vezes
desejvel encontrar a mais simples, ou talvez a mais conveniente de
construir. Um dos mtodos mais simples de optimizao, para problemas
com 4 ou menos entradas, atravs da utilizao de mapas de Karnaugh.
Ele permite encontrar a expresso lgica a partir da tabela de
verdade. Este mtodo vai ser ilustrado com um exemplo: imagine a
seguinte tabela de verdade para a funo que fornece a maioria de trs
entradas (a sada s 1 se pelo menos duas das entradas o forem): 1
passo: Construir a tabela de verdade ABCQ
0000
0010
0100
0111
1000
1011
1101
1111
Tm de ser representadas todas as combinaes possveis, com a sada
correspondente. 2 passo: Construir um mapa de Karnaugh. semelhante
a uma tabela de verdade mas as variveis so representadas ao longo
de dois eixos. Alm disso so dispostas de forma a que apenas
alterado um bit de entrada quando se move de uma clula para uma
adjacente. C\AB00011110
00010
10111
3 passo: Identificar no mapa os grupos de 1s (ou, em
alternativa, os grupos de 0s). Os 3 grupos encontrados do origem s
expresses lgicas AB, AC e BC. Finalmente pode ser escrita a funo
requerida, neste caso Q=AB+AC+BC Em retrospectiva o resultado
parece-nos bvio. Se tivssemos usado os grupos de 0s teriamos obtido
Q=AB+AC+BC que teria sido til se j existissem no circuito os
complementos de A, B e C. Alguns comentrios aos mapas de Karnaugh
1. Procure grupos de 2, 4, 8, etc., ou quadrados; eles do origem a
expresses lgicas mais simples. 2. Quanto maior for o bloco mais
simples a lgica. 3. Os limites do mapa de Karnaugh podem ser
juntos. Lgica sequncial Dispositivos com memria: flip-flops Toda a
lgica digital at agora apresentada foi realizada com circuitos
combinatoriais para os quais a sada completamente determinada pelo
estado das entradas. No existe memria, no existe histria, nestes
circuitos. Tudo se torna mais interessante, e poderoso, quando so
introduzidos dispositivos com memria. A unidade bsica de memria o
flip-flop, o qual, na sua forma mais simples, est representado na
figura. Assumindo que A e B esto HIGH, qual o estado de X e Y ? Se
X HIGH, ento ambas as entradas de G2 so HIGH, o que faz com que Y
seja LOW, e o problema est resolvido. Certo ? X=HIGH Y=LOW Errado !
O circuito simtrico e ento uma soluoo igualmente boa seria X=LOW
Y=HIGH Os estados X,Y ambos LOW e X,Y ambos HIGH no so possveis
(pois A=B=HIGH). Ento o flip-flop tem dois estados estveis ( por
vezes chamado biestvel). O seu estado depende da sua histria. Tem
memria ! Para escrever na memria, apenas necessrio levar uma das
entradas momentaneamente a LOW. Por exemplo, levando A
momentaneamente a LOW garante que o flip-flop passa para o estado
X=HIGH Y=LOW qualquer que seja o estado anterior.
Flip-flop sncrono
Flip Flop SR Flip-flops construdos com duas gates, como o
representado na figura da seco anterior, so genericamente
conhecidos como flip-flops SR (Set-Reset). Podem ser forados a
mudar para um estado ou para o outro quando se quizer apenas com o
fornecimento do sinal de entrada correcto. Noutro tipo de
flip-flop, mais utilizado, em vez de um par de entradas, possui uma
ou duas entradas de dados e um sinal de relgio. As sadas podem ou
no mudar de estado, dependendo dos nveis presentes nas entradas de
dados quando chega o impulso de relgio. O flip-flop sncrono mais
simples est representado na figura seguinte. apenas o nosso
flip-flop original, com um par de gates (controladas pelo relgio)
que permitem os impulsos de SET e de RESET. A tabela de verdade a
seguinte: SRQ(n+1)
00Q(n)
010
101
11indet.
onde Q(n+1) a sada depois do impulso do relgio e Q(n) a sada
antes do impulso do relgio. A diferena bsica entre este e o
flip-flop anterior que R e S devem agora ser considerados entradas
de dados. O que est presente em R e S quando chega o impulso de
relgio determina o que acontece a Q. Flip-flops Master-slave e
edge-triggered Estes so, sem dvida, os flip-flops mais populares.
Os dados presentes nas linhas de entrada no momento antes da
transio do relgio, ou edge, determina o estado sada depois da
transio. Estes flip-flops esto disponveis em circuitos integrados
baratos e so sempre usados nessa forma. No se vai entrar em
pormenores da sua realizao e operao, fica apenas a ideia de que so
formados juntando flip-flops sncronos.
Flip-Flop JK
Flip Flop JK Funciona da mesma forma que os flip-flops mais
simples mas tem duas entradas de dados. A tabela de verdade a
seguinte: JKQ(n+1)
00Q(n)
010
101
11Q(n)
Ento, se J e K so complementares, Q tem o valor da entrada J na
prxima subida do impulso de relgio. Se J e K so ambos LOW, a sada
no varia. Se J e K so ambos HIGH, a sada vai inverter o seu estado
aps cada impulso do relgio. Outras componentes digitais Da enorme
variedade de componentes utilizadas na construo de circuitos
digitais, algumas delas vo ser descritas nas seces seguintes. O
critrio da sua escolha foi, simultaneamente, a popularidade da sua
utilizao e a simplicidade da sua descrio. Multiplexadores e
desmultiplexadores Multiplexadores so componentes electrnicas que
possuem vrias entradas e uma nica sada (ou tambm a sua
complementar), com uma entrada de endereos binrios os quais so
usados para seleccionar qual das entradas vai aparecer sada. Estes
dispositivos esto disponveis em circuitos integrados numa grande
variedade de funcionalidades, nomeadamente quanto ao nmero de
entradas. Estas podem ser 2, 4, 8, ou 16. O endereo binrio depende
do nmero de entradas. Por exemplo, um multiplexador de 8 entradas
necessita um endereo de 3 bits para seleccionar a desejada entrada
de dados. Possuem ainda uma entrada que permite a inibio do
integrado (a sada fica a 0 independentemente das entradas ou do
endereo). O desmultiplexador executa a funo inversa: dirige uma
entrada para uma das sadas possveis dependente do endereo escolhido
Mostradores Um mostrador um dispositivo opto-electrnico que pode
mostrar um nmero (mostrador numrico), um algarismo hexadecimal
(nomeadamente 0-9, A-F), ou qualquer letra ou nmero (mostrador
alfanumrico). A tecnologia actualmente dominante nos mostradores
utiliza LEDs e LCDs (liquid-crystal displays, mostradores de
cristais lquidos). Os LCDs so a tecnologia mais recente, a qual
possui vantagens significativas que lhe possibilitam diferentes
tipos de aplicao: a) equipamento operado a pilhas (devido ao
pequeno consumo de potncia), b) equipamento para ser usado ao ar
livre ou em ambientes com grande nvel luminoso, c) mostradors que
necessitam de formas e smbolos especiais, d) mostradores com muitos
dgitos ou caracteres. Os LEDs so, em comparao, mais simples de
utilizar, principalmente se forem apenas necessrios poucos dgitos
ou caracteres. Existem tambm em quatro cores, e veem-se bem com
pouca luz onde o seu bom contraste os tornam de mais fcil leitura
do que os LCDs. Mostradores de LEDs Existem vrios tipos disponveis.
O original, com 7 segmentos , o mais simples e pode mostrar os
algarismos de 0 a 9 e a extenso hexadecimal (A-F), apesar de o
fazer de uma forma grosseira. Os mostradores com 16 segmentos e 5x7
pontos de matriz permitem representar todos os algarismos e letras
do alfabeto com razovel qualidade e ainda alguns smbolos especiais.
Converso analgico-digitalPara alm da utilizao das componentes
digitais j discutidas, muitas vezes necessrio converter um sinal
analgico para um nmero digital preciso, proporcional sua amplitude,
e vice versa. O campo de aplicaes destas funes enorme e sempre em
crescimento. Qualquer instrumento de medida necessita de converso
A/D para poderem ser utilizadas as possibilidades do processamento
digital, seguida de converso D/A para interaco com o meio exterior.
Erros de converso Existem inmeros tipos de erros de converso que
afectam a performance de um conversor. Os mais comuns so os erros
de offset, de escala, no linearidade e no monotonicidade. Erros
comuns de converso:A- erro de offset de 0.5 LSB. B- Erro de escala
de 1 LSB. C- 0,5 LSB de no linearidade; 1 LSB de no
linearidadediferencial. D- No monotonicidade Conversores
digital/analgico (DACs) O objectivo converter uma quantidade
especificada como um nmero binrio para uma diferena de potencial ou
corrente proporcional entrada digital. Os mtodos mais populares so
seguidamente descritos. Resistncias calibradas num circuito somador
- Ao ligar um conjunto de resistncias a um amplificador operacional
somador, a diferena de potencial proporcional soma pesada das
tenses de entrada. Este circuito gera uma tenso de sada de 0 a -10
V, em que o mximo ocorre para uma entrada de 64. Esta tcnica de
converso utilizada apenas para conversores rpidos de baixa preciso.
Escada R-2R - A tcnica de resistncias calibradas torna-se muito
difcil quando temos mais de alguns bits. Uma soluo elegante
fornecida pela escada R-2R. So necessrios apenas dois valores de
resistncias, a partir das quais a rede R-2R gera a escala de
correntes binrias. Conversores analgico/digital (ADCs) Existem meia
dzia de tcnicas de converso disponveis. Nesta seco vo ser descritas
apenas algumas delas. Codificador paralelo - Neste mtodo a tenso de
entrada simultaneamente enviado para cada entrada de n
comparadores, cuja outra entrada est ligada a n voltagens de
referncia igualmente espaadas. Um codificador de prioridades gera
uma sada digital correspondente ao comparador mais elevado activado
pela voltagem de entrada. A codificao paralela, tambm conhecida
como ADC flash, o mtodo de converso analgico/digital mais rpido.
Aproximaes sucessivas - Nesta tcnica muito popular so tentados
vrios cdigos de sada os quais so fornecidos a um conversor D/A e o
resultado comparado com a entrada analgica atravs de um comparador.
Geralmente todos os bits so colocados a 0. Depois, comeando pelo
bit mais significativo, cada bit colocado provisoriamente em 1. Se
a sada D/A no exceder a voltagem do sinal de entrada o bit deixado
a 1, seno levado novamente a 0.
Logic ProbeH necessidade de verificar de uma forma rpida o
estado de uma porta lgica o circuito seguinte detecta se a porta
tem um estado lgico 0 ou 1, ou se a sada composta por pulsos.
Portas Lgicas - Electrnica DigitalCircuitos Digitais - Portas
LgicasCircuitos lgicos ou portas lgicas, so dispositivos que, em
funo de um ou mais sinais lgicos de entrada ("0" ou "1") , produzem
uma e apenas uma sada.O Circuito Digital opera em dois Nveis de
Tenso diferentes, Baixo e Alto. Geralmente, o Nvel Baixo
corresponde ao valor Lgico 0 e o Nvel Alto corresponde ao valor
Lgico 1. As Portas Lgicas so blocos de construo bsicos na
Electrnica Digital. A relao entre a(s) Entrada(s) e a Sada de uma
Porta Lgica pode ser exprimida numa Tabela de Verdade. A sada em
funo da(s) entrada(s) definido pela lgica de Boole.As portas so
desenvolvidas dentro de circuitos integrados que podem ter vrias
portas ou, em alguns, funes especificas dadas pela funcionamento
conjunto de diferentes portas.Existem CI de diferentes tecnologias
(MOS, TTL etc...) que fazem com que exista alguma diferena no valor
ALTO e BAIXO tanto de entrada como de sada. Inversor, Porta NO (NOT
Gate) e Seguidor (Buffer)
Figura 1: Smbolo Inversor (Porta NOT)Um Inversor uma Porta Lgica
que tenha apenas uma Entrada. A sua Sada o Estado Lgico
complementar da sua Entrada. O Inversor tambm designado como a
Porta NO. O Smbolo Esquemtico de um Inversor bsico mostrado na
Figura 1 e a Tabela 1 a sua Tabela de Verdade. A notao da operao
lgica de um Inversor pode ser expressa por:
AQ
01
10
Tabela 1: Tabela de Verdade do Inversor
Seguidor
Figura 2: Smbolo SEGUIDOR Um Seguidor outra Porta Lgica com
apenas uma Entrada, e a sua Sada segue o mesmo Estado Lgico da sua
Entrada. O Seguidor utilizado como um elemento de atraso na
Electrnica Digital. tambm um elemento para Esforar a Corrente, que
aumenta a capacidade de Sada de forma a conduzir outras portas. O
Smbolo Esquemtico de um Seguidor mostrado na Figura 2 e a Tabela 2
a sua Tabela de Verdade. A notao da operao lgica de um Seguidor
pode ser expressa por:
AQ
00
11
Tabela 2: Tabela de Verdade do Seguidor
Portas E (AND)
Figura 3: Smbolo AND Uma Porta E uma Porta Lgica que tem duas ou
mais Entradas. A sua Sada 1 se e s se todas as suas Entradas so 1.
O Smbolo Esquemtico de uma Porta E com Duas Entradas mostrado na
Figura 3 e a Tabela 3 a sua Tabela de Verdade. A notao da operao
lgica de uma Porta E pode ser expressa por:
ABQ
000
010
100
111
Tabela 3: Tabela de Verdade de uma Porta E (AND)
Portas NO E (NAND)
Figura 4: Smbolo (Porta NAND)Uma Porta NO E uma Porta Lgica que
tem duas ou mais Entradas. A sua Sada 0 se e s se todas as suas
Entradas so 1. O Smbolo Esquemtico de uma Porta NO E com Duas
Entradas mostrado na Figura 4 e a Tabela 4 a sua Tabela de Verdade.
A notao da operao lgica de uma Porta NO E pode ser expressa
por:
ABQ
001
011
101
110
Tabela 4: Tabela de Verdade de uma Porta NO E (NAND)
Portas OU (OR)
Figura 5: Smbolo OR Uma Porta OU uma Porta Lgica que tem duas ou
mais Entradas. A sua Sada 0 se e s se todas as suas Entradas so 0.
O Smbolo Esquemtico de uma Porta OU com Duas Entradas mostrado na
Figura 5 e a Tabela 5 a sua Tabela de Verdade. A notao da operao
lgica de uma Porta OU pode ser expressa por:
ABQ
000
011
101
111
Tabela 5: Tabela de Verdade de uma Porta OU (OR)
Portas NO OU (NOR)
Figura 6: Smbolo NOR Uma Porta NO OU uma Porta Lgica que tem
duas ou mais Entradas. A sua Sada 1 se e s se todas as suas
Entradas so 0. O Smbolo Esquemtico de uma Porta NO OU com Duas
Entradas mostrado na Figura 6 e a Tabela 6 a sua Tabela de Verdade.
A notao da operao lgica de uma Porta NO OU pode ser expressa
por:
ABQ
001
010
100
110
Tabela 6: Tabela de Verdade de uma Porta NO OU (NOR)
Portas OU Exclusivo (XOR)
Figura 8: Smbolo XOR Uma Porta OU EXCLUSIVO uma Porta Lgica que
tem duas ou mais Entradas. A sua Sada 1 se e s se apenas uma das
suas Entradas 1. O Smbolo Esquemtico de uma Porta OU EXCLUSIVO com
Duas Entradas mostrado na Figura 1 e a Tabela 1 a sua Tabela de
Verdade.A notao da operao lgica de uma Porta OU EXCLUSIVO pode ser
expressa por:
ABQ
000
011
101
110
Tabela 8: Tabela de Verdade de uma Porta OU EXCLUSIVO
Portas NO OU Exclusivo (XNOR)
Figura 9: Smbolo XNOR Uma Porta NO OU EXCLUSIVO uma Porta Lgica
que tem duas ou mais Entradas. A sua Sada 1 se e s se todas as
Entradas esto no mesmo Estado Lgico. O Smbolo Esquemtico de uma
Porta NO OU EXCLUSIVO com Duas Entradas mostrado na Figura 2 e a
Tabela 2 a sua Tabela de Verdade.A notao da operao lgica de uma
Porta NO OU EXCLUSIVO pode ser expressa por:
ABQ
001
010
100
111
Tabela 9: Tabela de Verdade de uma Porta NO OU EXCLUSIVO
Semi Somador e Somador Completo Bsico (de 1 bit)Em electrnica,
um Somador um dispositivo que faz a adio entre dois nmeros. Um
Semi-Somador um Circuito Lgico que realiza a adio binria de 1 bit.
Dado dois nmeros binrios de 1 bit, P e Q, S a Soma de 1 bit entre P
e Q, e ST o bit da SADA DE TRANSPORTE. Matematicamente, S e ST
formam uma Soma Aritmtica de 2 bits entre P e Q, Figura 3. ST o Bit
Mais Significativo (BMS). A Figura 4 mostra todos os casos possveis
para a adio binria de 1 bit. A Tabela 3 a Tabela de Verdade do
Semi-Somador. 1P
+)1Q
10
STS
Figura 3: Adio de dois nmeros binrios de 1 bit 0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 0 com o Transporte de 1
Figura 4: Todos os casos possveis para a adio binria de 1 bit
EntradasSadas
PQCOS
0000
0101
1001
1110
Tabela 3: Tabela de Verdade do Semi-Somador Analisando a Tabela
de Verdade e considerando a relao lgica entre as Entradas e as
Sadas de um Semi-Somador, S o resultado da operao OU EXCLUSIVO das
Entradas e ST o resultado da operao E das Entradas. Isto significa
que o circuito Semi-Somador pode ser implementado somente com duas
Portas Lgicas: uma Porta OU EXCLUSIVO e uma Porta E, Figura 5.
Figura 5: Semi-Somador O Semi-Somador s pode realizar a adio de
dois nmeros binrios com 1 bit cada, uma vez que no aceita a ENTRADA
DE TRANSPORTE (ET), proveniente da adio prvia de dois bits,
conforme permite o circuito inferior. Um Somador Bsico Completo um
Circuito Lgico que faz a adio entre dois nmeros de 1 bit com o bit
de transporte, ET. O Somador Completo consiste em uma Porta OU e
dois Semi-Somadores, Figura 6. O circuito gera duas Sadas: S e ST.
Mltiplos Somadores Completos podem fluir para formar um Somador
Completo de Mltiplos Bits.
Figura 6: Somador Bsico Completo
Somador Completo (4 bit)Combinando vrios Somadores Completos
Bsicos (de 1 bit) em cascata, possvel construir um Somador Completo
de Mltiplos Bits. Na Figura 7, um Somador Progressivo de 4 bits
construdo pela ligao de quatro Somadores Completos Bsicos. O bit
SADA DE TRANSPORTE, ST (CO), do Somador Completo Bsico est ligado
ENTRADA DE TRANSPORTE, ET (CI), do Somador Completo Bsico seguinte
mais significativo .
Figura 1: Somador de Transporte Progressivo de 4 bits construdo
com quatro Somadores Completos Bsicos A adio de dois Nmeros Binrios
de Mltiplos Bits P e Q faz-se adicionando os bits sucessivamente,
comeando por somar os Bits menos Significativos BmS, isto , P0 +
Q0. Qualquer bit de Transporte, proveniente da soma de anteriores
bits, adicionado soma dos prximos bits consecutivos, Figura 8.
Figura 8: Adio de dois Nmeros Binrios de 4 bits, com
exemplificao da operao de Transporte Para um Nmero Binrio P de 5
bits, os pesos dos bits mais significativos so: P0 = 20 = 1
P1 = 21 = 2
P2 = 22 = 4
P3 = 23 = 8
P4 = 24 = 16
A frmula para converter um Nmero Binrio de 5 bits P2 (P4 P3 P2
P1 P0) no seu correspondente Nmero Decimal P10 : P10 = P4 x 24 + P3
x 23 + P2 x 22 + P1 x 21 + P0 x 20 O bit ST (CO) de um Somador
Completo de 4 bits equivalente ao quarto bit mais significativo e o
seu peso de 16 (24 = 16). O maior nmero decimal que pode ser obtido
de um Somador Completo de 4 bits 31 (24+1 1 = 31).
Circuitos Prticos de Testes de portas lgicasOs circuito digitais
testados vo usar tecnologia CMOS, por esse motivo os circuitos
integrados permitem uma variao maior de tenso com um consumo mais
reduzido. Os circuitos CMOS so susceptveis de ficarem danificados
com electricidade esttica, tome as precaues adequadas se pretende
testar estes circuitos. Circuitos usando tecnologia TTL tm de ter
uma fonte de alimentao com 5V, no toleram uma variao significativa
destes valores. Para os testes prticos vamos usar uma placa de
testes.
Funes bsicas das portas lgicas
Componentes e materiais 4011 quad NAND gate Eight-position DIP
switch Ten-segment bargraph LED - Normalmente os leds usados nos
vumetros Bateria ou Fonte de alimentao de 6V Duas resistncias 10 k
Trs resistncias 470 Ateno! O 4011 IC CMOS, por isso sensvel a
descargas electricas estticas!
Contadores BinriosContagem BinriaContagem electrnica com
circuitos binrios um sistema de contagem simples porque usa apenas
dois dgitos, 0 e 1, exactamente como os sinais da lgica onde 0
representa falso e 1 representa verdadeiro. Contando um, dois, trs,
quatro, cinco em binrio: 1, 10, 11, 100, 101.
Os nmeros binrios tornam-se rapidamente muito longos quando a
contagem aumenta tornando difcil a sua leitura visual. Felizmente
raramente necessrio ler mais de 4 dgitos binrios de cada vez nos
contadores digitais.Nmeros - Decimais, Binrios
Digitvalue:1286432168421
Binarynumber:10110110
Decimalvalue:128+0+32+16+0+4+2+0=182
Estados Lgigos
VerdFalso
10
HighLow
+Vs0V
OnOff
Bits, bytes e nibblesCada dgito binrio chamado bit, assim
10110110 um nmero de 8 bits.
Um bloco de 8 bits um byte e pode ir at um nmero mximo de
11111111 = 255 em decimal. Os computadores e os microcontroladores
de PIC trabalham com blocos de 8 bits. Dois (ou mais) bytes fazem
uma palavra (word), por exemplo os PICs ao funcionarem com 16 bits
(dois bytes) comportam o nmero mximo de 65535.
Um bloco de 4 bits um nibble ( metade de um byte!) e pode ter um
nmero mximo de 1111 = 15 em decimal. Muitos circuitos de contagem
trabalham com blocos de 4 bits porque este nmero necessrio para
contar at 9 em decimal. (O nmero mximo com 3 bits apenas 7 em
decimal)Hexadecimal (base 16)Nmeros 4 bits
BinrioDCBADecimalHexbase 16
0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01
0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1
101234567891011121314150123456789ABCDEF
O Hexadecimal (chamado de forma frequente apenas hex) a base 16
que conta com 16 dgitos. Comea com os dgitos decimais 0-9, continua
ento com letras A (10), B (11), C (12), D (13), E (14) e F (15).
Cada dgito hexadecimal equivalente a 4 dgitos binrios, fazer a
converso entre os dois sistemas relativamente fcil. Os sistemas com
hexadecimal uso usados em PICs e sistemas digitais mas no so usados
de forma regular em circuitos de contagem simples. Exemplo:
10110110 binrio = B6 hexadecimal = 182 decimal. A tabela na direita
mostra os 4 nmeros de bit e seus valores do decimal. Nmeros com 4
bitsA = 1, bit menos significativo (LSB)B = 2C = 4D = 8, bit mais
significativo (MSB) As etiquetas A, B, C, D so usadas regularmente
em electrnica para representar os quatro bits: Decimal codificado
binrio, BCDO decimal codificado binrio, BCD (Binary Coded
Decimal)>, uma verso especial do 4 binrio de 4 bits onde
restaurada a contagem a zero (0000) aps a nona contagem (1001).
usado por contadores de dcada e convertido facilmente para indicar
os dgitos decimais 0-9 em um segmento 7.
Diversos contadores de dcada que usam o BCD podem ser inter
ligados para contar separadamente decimais, dez, cem, e assim por
diante. Isto mais fcil do que converter nmeros binrios grandes
(como 10110110) para indicar seu valor decimal. No confundir o BCD
que est para o decimal binrio com as etiquetas A, B, C, D usado
para representar os quatro dgitos binrios; uma coincidncia infeliz
que as letras BCD apaream em ambos!
Contadores
Sinal Clock Contador 4 Bits e Entrada de clock - BCD
Neste exemplo a contagem avana nofalling-edge do sinal de
clockLEDon=1
Todos os contadores necessitam um sinal do pulso de disparo com
onda quadrada (clock) para fazer a contagem. Este um forma de onda
digital com transies entre baixo (0V) e alto (+Vs), como a sada de
um circuito 555 astable.
A imagem mostra um sinal do pulso de disparo que dirige um
contador de 4 bits (0-15) com os diodos emissores de luz ligados
para mostrar o estado do pulso de disparo e das sadas contrrias
QA-QD (Q indica uma sada).
O diodo emissor de luz no primeiro QA da sada pisca na metade da
frequncia do diodo emissor de luz do pulso de disparo. A frequncia
de cada estgio do contador metade da frequncia do estgio
precedente. A observao como o QA da sada muda o estado cada vez que
a entrada de pulso de disparo muda de alto para baixo (quando o
diodo emissor de luz do pulso de disparo desliga), este chamado
falling-edge. Se verificarmos a prxima contagem pode ver-se que QB
muda o falling-edge do QA, QC no falling-edge de QB e assim por
diante.
Displays 7 segmentosContador 7 Segmentos
Contador de dcadase display de 7 segmentos
O Entrada (INPUT) de um excitador de display ligado s sadas QA-D
do BCD (decimal codificado binrio) de um contador de dcada. Uma
rede de portas lgicas dentro do excitador de display faz com que as
suas sadas AG fiquem altas ou baixas para iluminar o LED de 7
segmentos. Uma resistncia em srie necessria para cada segmento para
proteger os diodos emissores de luz, 330ohm um valor apropriado
para a maior parte das utilizaes com 4.5V a 6V de alimentao. Em
alguns esquemas existe uma omisso das resistncias de polarizao dos
leds. Pode calcular o valor da resistncia de polarizao de um
led.
H dois tipos de displays de 7 segmentos:
nodo comum (CA ou SA) com todos os nodos do diodo emissor de luz
conectados juntos. Estes necessitam um excitador da exposio com
sadas que se tornam baixas para iluminar cada segmento, por exemplo
os 7447. Conectar o nodo comum a +Vs.
Ctodo comum (centmetro cbico ou SC) com todos os ctodos
conectados juntos. Estes necessitam um excitador de display com
sadas que se tornam elevadas para iluminar cada segmento, por
exemplo os 4511. Conectar o ctodo comum a 0V.
O nodo/ctodo comuns esto normalmente disponveis em 2 pinos. Os
displays tm tambm um ponto decimal (DP) mas esta no controlada pelo
excitador de display. Os segmentos de displays maiores tm dois
diodos emissores de luz em srie.
Utilizando leds pode-se construir um digito numrico de maior
dimenso, Display 7 segmentos com leds
Contador com 4510
Excitador led 7 segmentos 4511
Contador 7 segmentos 4511 - 4518
Contador 4511-4518 com PCB
Contador de 0 a 9 com 74LS47 e 74LS90
Contador 3 Digitos
Displays 7 segmentosContador 7 Segmentos
Contador de dcadase display de 7 segmentos
A Entrada (INPUT) de um excitador de display ligada s sadas QA-D
do BCD (decimal codificado binrio) de um contador de dcadas. Uma
rede de portas lgicas dentro do excitador de display faz com que as
suas sadas AG fiquem altas ou baixas para iluminar o LED de 7
segmentos. Uma resistncia em srie necessria para cada segmento para
proteger os diodos emissores de luz, 330ohm um valor apropriado
para a maior parte das utilizaes com 4.5V a 6V de alimentao. Em
alguns esquemas existe uma omisso das resistncias de polarizao dos
leds. Pode calcular o valor da resistncia de polarizao de um
led.
H dois tipos de displays de 7 segmentos:
nodo comum (CA ou SA) com todos os nodos do diodo emissor de luz
conectados juntos. Estes necessitam um excitador da exposio com
sadas que se tornam baixas para iluminar cada segmento, por exemplo
os 7447. Conectar o nodo comum a +Vs.
Ctodo comum (centmetro cbico ou SC) com todos os ctodos
conectados juntos. Estes necessitam um excitador de display com
sadas que se tornam elevadas para iluminar cada segmento, por
exemplo os 4511. Conectar o ctodo comum a 0V.
O nodo/ctodo comuns esto normalmente disponveis em 2 pinos. Os
displays tm tambm um ponto decimal (DP) mas esta no controlada pelo
excitador de display. Os segmentos de displays maiores tm dois
diodos emissores de luz em srie.
Utilizando leds pode-se construir um digito numrico de maior
dimenso, Display 7 segmentos com leds
Circuito e Principio de Funcionamento Relgio DigitalA base para
este circuito so quatro CIs A base para este circuito so quatro CIs
contadores e descodificadores para display decimal(CI 4026).Os
pulsos de clock so retirados directamente do secundrio do
transformador.Este valor pode oscilar tornando o relgio menos
preciso.Pode utilizar um oscilador autnomo ligado entrada do pino 1
do 4073
A entrada de clock da rede entram pela porta 'a' do CI a entrada
de clock do CI4040, que um contador e divisor binrio, que ir
dividir o clock por 3600. As portas 'b', 'c' do CI efectuam a
diviso e no pino 11 da porta 'd' estar disponvel um sinal de clock
de um pulso por minuto.
O pino 1,entrada de clock, do CI4(4026) recebe a cada minuto um
pulso vindo da porta 'd', assim este CI incrementa um nmero por
minuto e mostra esse nmero no display,quando receber o dcimo pulso
o CI4, reinicia , iniciando uma nova contagem, ao mesmo tempo
reinicia envia um pulso atravs de seu pino 5 ao CI3, fazendo com
que este CI incremente um nmero a cada pulso recebido.
O CI3(4026) reiniciado no sexto incremento,quando recebe um
pulso no seu pino 15(reset) atravs da porta 'C' do CI 4073, este
mesmo pulso enviado ao pino 1 (clock) do CI2(4026) fazendo com que
este CI incremente um numero a cada pulso recebido.
O CI2 e o CI1 sero reiniciados com um pulso nos seus pinos de
reset(pino 15) pela porta 'B', do CI 4073, quando esta porta
detectar o nmero 24, ou seja, quando o relgio marcar 24 horas.
Ligar o ponto x2 ao pino 9 do CI 4040.Isto far com que o ponto
decimal do segundo display pisque aproximadamente um pulso por
segundo.
CI 4073Porta B - responsvel pelo reset das horas:O pino 3 ligado
ao pino 7 do CI1(4026)O pino 4 ligado ao pino 6 do CI2(4026)O pino
5 ligado ao pino 7 do CI2(4026)O pino 6 ligado ao pino 15 do
CI2(4026)
Porta C - responsvel pelo reset dos minutos:Pinos 11, 12, 13
ligados - respectivamente - aos pinos 6, 7, 11 do CI3(4026).Pino 10
deve ser ligado ao pino 15 do CI3(4026)
DiodosD1 = D2 = 1N4148
S1 acerta as horasS2 acerta os minutos. Relgio Digital3 -
74HC390 - Dual BCD counters 1 - CD4040 - 12 Stage Binary Counter 1
- 74HC14 - Hex Schmitt Trigger Inverter 1 - 74HC00 - Quad NAND gate
1 - CD4071 - Quad OR gate 1 - 2N3053 - NPN transistor (se tiver
aquecimento excessivo use dissipador) 1 - 2N3904 - NPN transistor 3
- 1N914 - Signal diod0 (Pode funcionar com dodos da srie 1N400X) 2
- 1N400X - Dodos Rectificadores 1 - 6.2 volt - Dodo Zener 1 -
3300uF - Capacitor de Filtragem - 16 volt 1 - Transformador -
220V/6V ou 110V/6V 1 - 220K 1/4 or 1/8 watt Resist. 1 - 150 ohm 1/4
watt Resist. 19 - 220 ohm 1/4 or 1/8 watt Resist. 11 - 10K 1/4 or
1/8 watt Resist. 2 - 0.01uF capacitors 4 - 0.1uF capacitors 19 -
Red LEDs (15 mA) 2 - Push button switches (para ajustar a hora) 1 -
Boto de comutao para acertar o relgio
Fontes de alimentaoExistem muitos tipos de fontes de alimentao.
A maioria so concebidas para converter alta voltagem AC de
alimentao elctrica um valor adequado de baixa tenso para circuitos
electrnicos e outros dispositivos.
Fonte de alimentao 12 Volt
Fonte de alimentao 9 Volt 2 Amp
Fonte de alimentao simtrica 15 Volt
Fonte de alimentao 12 Volt 30 Amp
Fonte de alimentao 13 Volt 20 Amp
Fonte de alimentao Tenso Varivel c/ L200
Fonte de alimentao comutada (chaveada) 2A
Unidade de alimentao ininterrupta 12V UPS
Fonte regulvel com LM338
Funcionamento:O ajuste dado pelo potencimetro 5K multi-volta, o
voltmetro LCD(200V) e ampermetro LCD(200mV) necessitam de alimentao
externa, podem ser utilizadas baterias de 9V.
Fonte regulvel com LM317 ajustvel de 1 a 25 volts
