Baixe Eletrônica Digital: Circuitos Lógicos e Tabelas Verdade e outras Notas de estudo em PDF para Eletrônica, somente na Docsity!
Alcantaro Corrêa Presidente da FIESC
Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional do SENAI/SC
Antô nio José Carradore Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC
Marco Ant ô nio Dociatti Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC
É autorizada reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema desde que a fonte seja citada
Equipe T é cnica:
Autor:
João Roberto Lorenzett
Projeto Grá fico:
Rafael Viana Silva
Capa:
Rafael Viana Silva Samay Milet Freitas
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Rodovia Ad mar Gonzaga, 2765 – Itacorubi. CEP 88034-001 - Florian ó polis - SC Fone: (048) 231- Fax: (048) 231-
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LISTA DE FIGURAS
- 1 Noçõ es Bá sicas....................................................................
- 1.1 Sinais analógicos..................................................................................
- 1.2 Sinais digitais.......................................................................................
- 1.3 Conversão de nú meros decimais em nú meros binários.............................
- 1.4 Conversão de nú meros decimais em nú meros binários.............................
- 2 Variáveis e Funçõ es Ló gicas.................................................
- 2.1 Fun ção inversão (NOT)/Porta lógica NOT................................................
- 2.2 Fun ção AND/Porta ló gica AND..............................................................
- 2.3 Fun ção OR/Porta ló gica OR..................................................................
- 2.4 Outras portas l ó gicas............................................................................
- 2.5 Limitador Schmitt (Schmitt Trigger)..........................................................
- 2.6 Sa ída em coletor aberto.......................................................................
- 2.7 Saída tri-state......................................................................................
- 2.8 Exemplo genérico de circuito que implementa a soma padrão de produto...
- 2.9 Exemplo genérico de circuito que implementa o produto padrão de somas.
- 2.10 Figura representariva de mapas de karnaugh.........................................
- 2.11 Primeira etapa para solução do circuito, utilizando mapas de Karnaugh.....
- 2.12 Segunda e terceira etapas para solução do circuito..................................
- 3 Circuitos Combinacionais.....................................................
- 3.1 Decodificador com 2 bits de entrada e 4 saída...........................................
- 3.2 Circuito integrado 74138......................................................................
- 3.3 Codificador com 4 entradas e 4 bits de saída............................................
- 3.4 Diagrama para conversor de có digo......................................................
- 3.5 Representação de multiplexador (MUX)..................................................
- 3.6 Implementação de circuito MUX com portas NOT, AND e OR...................
- 3.7 CI multiplexador 74151........................................................................
- 3.8 Circuito multiplexador com coletor aberto..............................................
- 3.9 Implementação de demultiplexador de 4 linhas.......................................
- compartilhamento de linhas de transmissão................................................. 3.10 Diagrama de blocos mostrando circuitos MUX e DEMUX no
- 4 Latch’s e Flip-Flop’s.............................................................
- 4.1 Latch com duas portas inversoras............................................................
- 4.2 Latch SR (representação e tabela-verdade).............................................
- 4.3 Representa ção latch SR........................................................................
- 4.4 Circuito anti-trepida ção........................................................................
- 4.5 Latch controlado (com entrada enable/clock)...........................................
- 4.6 Diagrama de tempo do latch da figura 4.5...............................................
- 4.7 Flip-flop mestre-escravo.......................................................................
- 4.8 Circuito flip-flop tipo JK e sua tabela-verdade........................................
- ou SR...................................................................................................... 4.9 Diagrama de tempos mostrando ruído detectado por flip-flop tipo JK
- com e sem data-lock-out.......................................................................... 4.10 Diagrama de tempos comparativos entre flip-flop’s metre-escravo
- 4.11 Flip-flop mestre-escravo modificado (Flip-flop tipo D)............................
- 4.12 Modos de habilita ção de flip-flop’s......................................................
- 4.13 Tempo de set-up...............................................................................
- 4.14 Tempo de manutenção.......................................................................
- 5 Registradores e Contadores.................................................
- 5.1 Registrador simples para palavra de 4 bits..................................................
- 5.2 Registrador de deslocamento 4 bits, com flip-flop´s tipo JK.......................
- 5.3 Contador síncrono, com configuração em anel e módulo 4......................
- 5.4 Contador binário de 4 bits, síncrono........................................................
- 5.5 Contador por pulsação..........................................................................
- 6 Circuitos Aritmé ticos...........................................................
- 6.1 Circuito para soma e carry....................................................................
- 6.2 Circuito para subtração e carry (meio subtrator).......................................
- 6.3 Circuito somador paralelo......................................................................
- 6.4 Somador série.....................................................................................
- 6.5 Circuito subtrador somador...................................................................
- 7 Memó rias............................................................................
- 7.1 Diagrama de uma memória hipotética de 8 palavras de 6 bits.....................
- 7.2 Ligação de memó rias em paralelo para aumentar nú mero de bits por palavra..
- 7.3 Ligação de memó rias em paralelo para aumentar nú mero de palavras..........
- 8 Conversores D/A e A/D........................................................
- 8.1 Conversor D/A....................................................................................
- 8.2 Conversor D/A tipo somador................................................................
- 8.3 Conversor D/A tipo R-2R.....................................................................
- 8.4 Conversor A/D simultâneo ou conversor flash.........................................
- 8.5 Conversor A/D de contagem crescente.................................................
- contagem crescente.................................................................................. 8.6 Sinal analógico e sua representa ção digital em um conversor A/D de
- representação digital em um conversor deste tipo.......................................... 8.7 Circuito conversor A/D de rastreamento e sinal anal ó gico e sua
- controle de temperatura............................................................................ 8.8 Exemplo da utiliza ção de conversor A/D e D/A em um sistema de
- 8.9 Circuito de amostra e retenção (sample-and-hold)..................................
- 1 Noçõ es Bá sicas.................................................................... LISTA DE TABELAS
- 1.1 Sistemas de Numeração........................................................................
- 1.2 C ó digo Gray........................................................................................
- 2 Variáveis e Funçõ es Ló gicas.................................................
- 2.1 Tabelas-Verdade da Fun ção Ló gica..........................................................
- 2.2 Fun ção de Duas Variáveis Ló gicas............................................................
- 2.3 Vantagens e Desvantagens das Famílias Lógicas........................................
- 2.4 Características das Fam ílias CMOS e TTL.................................................
- 2.5 Opera ção OR......................................................................................
- 2.6 Opera ção AND (E)...............................................................................
- 2.7 Operação Complemento (NOT ou NÃ O)...............................................
- 2.8 Teoremas de Uma Variável....................................................................
- 2.9 Teoremas de Duas e Três Variáveis..........................................................
- 2.10 Obtenção de Soma Padrão de Produto a partir de Tabela-Verdade...............
- 2.11 Obtenção de Produto Padrão de Somas a partir de Tabela-Verdade............
- 2.12 Tabela-Verdade para Circuito Hipotético.................................................
- 3 Circuitos Combinacionais.....................................................
- 3.1 Saída EO e GS do Circuito Integrado 74148..............................................
- 4 Latch’s e Flip-Flop’s.............................................................
- 4.1 Tabela-Verdade Latch SR com Portas NAND..............................................
- 5 Registradores e Contadores.................................................
- um Contador por Pulsa ção.......................................................................... 5.1 Direção de Contagem Conforme Ligação e Tipo de Chaveamento em
- 5.2 Entradas e Saídas do CI Contador 7490....................................................
- 6 Circuitos Aritmé ticos...........................................................
- 6.1 Tabela-Verdade para Meio Somador.........................................................
- 6.2 Tabela-Verdade para Meio Subtrator.........................................................
- 6.3 Tabela-Verdade para Soma de 3 Bits..........................................................
- 6.4 Tabela-Verdade para Subtração de 3 Bits....................................................
- 6.5 Cojunto de Funçõ es da ULA 74181........................................................
- 1 Noçõ es Bá sicas.................................................................... SUM Á RIO
- 1.1 Eletrônica Analógica e Digital.....................................................
- 1.2 Sistemas de Numeração..............................................................
- 1.2.1 Sistema Decimal......................................................................
- 1.2.2 Sistema Binário........................................................................
- e vice-versa.................................................................................... 1.2.3 Transformação de sistemas de numera ção binário em decimal
- 1.2.4 Sistema Octal.........................................................................
- 1.2.5 Sistema Hexadecimal...............................................................
- 1.3 Codificação..................................................................................
- 1.3.1 Có digo BCD...........................................................................
- 1.3.2 C ó digo Gray...........................................................................
- 1.3.3C ódigo Alfanumérico ASCII......................................................
- 2 Variáveis e Funçõ es Ló gicas.................................................
- 2.1 Variáveis Lógicas..........................................................................
- 2.2 Funções Ló gicas...........................................................................
- 2.2.1 Fun çõ es de uma Variável Ló gica................................................
- 2.2.2 Fun çõ es de duas Variáveis Ló gicas..............................................
- 2.3 Implementação de Sistemas Lógicos.........................................
- 2.3.1 Fun ção Inversão (NOT) / Porta Ló gica NOT.................................
- 2.3.2 Fun ção AND / Porta Ló gica AND...............................................
- 2.3.3 Fun ção OR / Porta L ógica OR...................................................
- 2.3.4 Outras Portas Ló gicas...............................................................
- 2.3.5 Limitador Schmitt....................................................................
- 2.4 Famílias Ló gicas...........................................................................
- 2.5 Algebra de Boole.........................................................................
- 2.5.1 Postulados Básicos...................................................................
- 2.5.2 Teoremas...............................................................................
- 2.6 Formas Padrão de Funções Lógicas............................................
- 2.6.1 Soma Padrão de Produtos.........................................................
- 2.6.2 Produto Padrão de Somas..........................................................
- 2.7 Mapas de Karnaugh....................................................................
- 3 Cicuitos Combinacionais......................................................
- 3.1Decodificadores.......................................................................
- 3.2 Codificadores...............................................................................
- 3.2.1 Codificador com Prioridade......................................................
- 3.3 Conversores de Có digos.............................................................
- 3.3.1 Decodificadores / Drives..........................................................
- 3.4 Multiplexadores (MUX)..............................................................
- 3.4.1 Multiplexadores como Gerador de Função..................................
- 3.4.2 Multiplexação com Coletor Aberto............................................
- 3.4.3 Multiplexação com Saída Tri-State..............................................
- 3.5 Demultiplexadores (DEMUX).....................................................
- 3.5.1 Mux e Demux em Comunicação...............................................
- 3.6 Comparadores Digitais................................................................
- 3.7 Geração e Verificação de Bit de Paridade...................................
- 4 Latch’s e Flip-Flop’s............................................................
- 4.1 Latch’s..................................................................................
- 4.1.1 Latch SR..........................................................................................
- 4.1.2 Chave sem Tr epidação.............................................................
- 4.1.3 Latch’s Controlados................................................................
- 4.1.4 Sincronismo (Clocking)............................................................
- 4.2 Flip-Flop’s...................................................................................
- 4.2.1 Flip-Flop Mestre-Escravo..........................................................
- 4.2.2 Entradas Diretas......................................................................
- 4.2.3 Flip-Flop JK............................................................................
- 4.2.4 Flip-Flop Tipo T.......................................................................
- 4.2.5 Flip-Flop JK Gatilhado pela Borda................................................
- 4.2.6 Flip-Flop’s Mestre-Escravo com Data-Lock-Out..........................
- 4.2.7 Flip-Flop Tipo D......................................................................
- 4.2.8 Parâmetros dos Flip-Flop’s........................................................
- 5 Registradores e Contadores.................................................
- 5.1 Registradores................................................................................
- 5.1.1 Registradores de Deslocamento (Shift Register´s)........................
- 5.1.2 Formato Série e Paralelo...........................................................
- 5.2 Contadores...................................................................................
- 5.2.1 Contadores S íncronos..............................................................
- 5.2.1.1 Contador em Anel......................................................
- 5.2.1.2 Contador em Anel Torcido...........................................
- 5.2.1.3 Contador Síncrono em Có digo Binário............................
- 5.2.1.4 Contador Síncrono de Mó dulo Arbitrário........................
- 5.2.2 Contadores Assíncronos...........................................................
- 5.2.2.1 Contadores por Pulsação (Ripple Counters)....................
- 5.2.3 Circuitos Integrados Contadores................................................
- 6 Circuitos Aritmé ticos...........................................................
- 6.1 Meio Somador..............................................................................
- 6.2 Meio Subtrador.............................................................................
- 6.3 Somador Inteiro...........................................................................
- 6.4 Subtrador Inteiro..........................................................................
- 6.5 Somador Paralelo.........................................................................
- 6.6 Somador Série..............................................................................
- 6.7 Representação em Complemento de Dois................................
- 6.8 Circuito Subtrador Somador.......................................................
- 6.9 ULA (Unidade Lógica e Aritmética)............................................
- 7 Memó rias............................................................................
- 7.1 Memó ria RAM (Memó ria de Acesso Aleató rio).......................
- 7.2 Memórias ROM...........................................................................
- 7.2.1 Mem ó rias ROM Programáveis (Prom’s).....................................
- 7.2.2 Memórias ROM Programáveis e Apagáveis (Eprom’s)...................
- 7.3 Ligação de Memórias em Paralelo..............................................
- 7.4 Memórias Série............................................................................
- 8 Conversores D/A e A/D........................................................
- 8.1 Conversores Digitais/Analógicos (D/A)....................................
- 8.1.1 Conversor D/A do Tipo Somador...............................................
- 8.1.2 Conversor D/A Tipo R-2R........................................................
- 8.2 Conversores Análogicos/Digitais (A/D)....................................
- 8.2.1 Conversor A/D Simultâneo ou Conversor Flash............................
- 8.2.2 Conversores de Contagem Crescente........................................
- 8.2.3 Conversores de Rastreamento..................................................
- 8.2.4 Circuito de Amostra e Retenção (Sample-and-Hold)....................
- Referê ncias Bibliográ ficas.......................................................
CAP ÍTULO 1
NO Ç Õ ES B Á SICAS
1.1 Eletrô nica Analó gica e Digital
A diferença entre eletr ô nica analó gica e digital é devida ao tipo de sinal processado. O sinal analó gico tem como principal caracter ística a de que ele não tem descontinuidades no seu valor, ou seja, não varia bruscamente no tem- po. Normalmente um circuito anal ó gico responde a mú ltiplos níveis de ten- são. A figura abaixo apresenta um sinal anal ó gico variando continuamente no tempo (corrente alternada) e um sinal sem variação no tempo (corrente contínua).
FIGURA 1.1: Sinais Anal ó gicos
Já o sinal digital apresenta varia çõ es descontínuas no tempo, ou seja, normalmente o sinal varia bruscamente entre n íveis definidos e conhe- cidos. Os circuitos digitais baseiam-se na representa ção de n ú meros (d ígi- tos) binários; Portanto, normalmente respondem a apenas dois n íveis de ten- são, representativos destes n ú meros. Os gráficos abaixo demonstram dois sinais digitais: O primeiro varia entre 0 e 5 V e o segundo entre -5 e +5 V. Observe que o sinal não mantém-se entre os dois n íveis por tempos que sejam consideráveis.
FIGURA 1.2: Sinais Digitais
Os circuitos anal ó gicos e os digitais tem a mesma finalidade, qual seja: processar os sinais de entrada e fornecer sinais de sa ída. O que varia de um para outro é a filosofia de funcionamento. Cada tipo tem suas vantagens e desvantagens. Atualmente, os circuitos digitais tem avançado em áreas an- tes dominadas por dispositivos analó gicos (como áudio e v ídeo, por ex.), avan-
1.2.3 Transformaçã o de sistemas de numeraçã o biná rio
em decimal e vice-versa
É possível converter um n ú mero decimal em binário, dividindo-se o nú mero decimal por 2 sucessivamente até obter-se o quociente 0. To ma-se a seqü ência dos restos da divisão em ordem inversa e obtém-se o resultado em binário. Exemplos:
Para converter o decimal 345 em binário, realiza-se a operação indicada abaixo:
FIGURA 1.3: Convers ã o de Numeros Decimais em Numeros Biná rios
O correspondente binário do decimal 345 é, portanto, 101011001.
Para converter o decimal 47 em binário, realiza-se a operação indicada abaixo:
FIGURA 1.4: Convers ã o de Numeros Decimais em Numeros Biná rios
Correspondente binário do decimal 47 é, portanto, 101111.
O processo inverso, ou seja a conversão de um n ú mero binário em decimal, é também possível, multiplicando-se cada d ígito binário por seu peso correspondente na base dois. A soma destes produtos resulta no equivalente decimal, conforme ilustram os exemplos abaixo: Para transformar o n ú mero binário 1101 em decimal devemos proce- der da seguinte forma:
1 x 2³ + 1 x 2² + 0 x 2¹ + 1 x 2º 8 + 4 + 0 + 1 = 13
O correspondente decimal do binário 1101 é, portanto, 13.
Pa ra transformar o n ú mero binário 10111 em decimal devemos proce- der da seguinte forma: 1 x 24 + 0 x 2³ + 1 x 2² + 1 x 2¹ + 1 x 2º 16 + 0 + 4 + 2 + 1 = 23
O correspondente decimal do binário 10111 é, portanto, 23
1.2.4 Sistema Octal
O sistema octal (base 8) é formado por oito símbolos ou d ígitos : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Para representação de qualquer d ígito em octal, necessita- mos de três d ígitos binários. Os n ú meros octais têm, portanto, um ter ço do comprimento de um nú mero binário e fornecem a mesma informa ção. O sistema octal foi criado com o prop ó sito de minimizar a representação de um nú mero binário e facilitar a manipula ção humana dos n ú meros.
1.2.5 Sistema Hexadecimal
O sistema hexadecimal (base 16) foi criado com o mesmo prop ó sito do sistema octal (Minimizar a representa ção de um n ú mero binário). Se con- siderarmos quatro d ígitos binários, ou seja, quatro bits, o maior n ú mero que se pode expressar com esses quatro d ígitos é 1111 que é, em decimal, 15. Como 15 é o maior algarismo do sistema hexadecimal, com um ú nico d ígito hexadecimal podemos representar um conjunto de 4 bits. O sistema hexadecimal, como o nome mesmo diz, possui 16 s ímbolos, de 0 a 15. Como não existem símbolos dentro do sistema arábico, que pos- sam representar os n ú meros decimais entre 10 e 15 sem repetir os símbolos anteriores, foram usados s ímbolos literais: A, B, C, D, E e F, portanto, o siste- ma hexadecimal será formado por 16 s ímbolos alfanuméricos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. A tabela a seguir mostra um quadro resumo dos sistemas de numera- ção mais utilizados:
TABELA 1.1: Sistemas de Numeraçã o
1.3.3 C ó digo Alfanumé rico ASCII
Neste c ódigo cada caráter alfanumérico corresponde a um n ú mero binário. É conhecido internacionalmente pelo nome de American Standard Code for Information Interchange. O có digo é utilizado principalmente na troca de informa çõ es ou dados entre computadores e seus sistemas perifé- ricos, ou seja é o meio de comunicação entre os diversos sistemas. O có digo é apresentado em sete bits, portanto temos 128 combina ções possíveis e podemos comunicar com isso até 128 caracteres, letras, n ú meros ou símbo- los especiais ou de controle. Junto aos sete bits de có digo, é acrescentado um oitavo bit, como bit de paridade ou verificação e através dele se verifica se o que foi transmitido está correto ou não. O valor deste bit é definido pelo tipo de paridade.
CAP ÍTULO 2
VARI Á VEIS E FUN Ç Õ ES
L Ó GICAS
2.1 Variá veis L ó gicas
Uma variável l ó gica é uma variável que atende os seguintes quesitos: Só pode assumir um de dois estados possíveis (Por exemplo: aceso/ apagado, alto/baixo, ligado/desligado, etc.) Os dois valores possíveis devem ser tais que, baseados na lógica, se- jam mutuamente exclusivos. (Se um circuito está ligado, não pode estar des- ligado). O sistema binário é bastante adequado para a manipulação de variá- veis ló gicas, visto que só possui dois d ígitos: 0 e 1.
2.2 Funç õ es Ló gicas
2.2.1 Funçõ es de uma Vari á vel Ló gica
Supondo que A e B sejam variáveis ló gicas e B dependa de A obede- cendo a uma determinada regra chamada fun ção l ó gica. Representa-se isto escrevendo B = f (A). Todas as maneiras possíveis de B variar com A estão representadas nas tabelas abaixo. Estas tabelas são chamadas tabelas-verda- de da função l ógica. Consideramos os dois valores possíveis para as variáveis l ó gicas como sendo 0 e 1.
TABELA 2.1: Tabelas-Verdade da Funçã o Ló gica
Na primeira tabela temos a representação da função B=A Na segunda tabela temos a representa ção da função B=contrário de A Na terceira tabela temos a representa ção da função B= Na quarta tabela temos a representação da função B=
Podemos representar a função B=contrário de A como B=A
FIGURA 2.1: Fun çã o Inversã o (NOT)/Porta Ló gica NOT
2.3.2 Funçã o AND / Porta Ló gica AND
Na função AND, a sa ída tem n ível ló gico 1 somente quando as duas entradas tem n ível l ó gico 1, conforme a tabela-verdade abaixo:
FIGURA 2.2: Funçã o AND/Porta Ló gica AND
2.3.3 Funçã o OR / Porta L ó gica OR
Na função OR, a sa ída C s ó terá n ível l ó gico 1 se a entrada A for 1 ou a entrada B for 1 ou ambas as entradas forem 1, conforme a tabela-verdade abaixo:
FIGURA 2.3: Fun çã o OR/Porta Ló gica OR
2.3.4 Outras Po rtas Ló gicas
FIGURA 2.4: Outras Portas L ó gicas
2.3.5 Limitador Schmitt
Um limitador Schmitt, também chamado de Schmitt Trigger é um cir- cuito eletr ônico utilizado para detectar se uma tensão ultrapassou um dado nível de referência. Ele tem dois estados estáveis e é utilizado como disposi- tivo de condicionamento de sinal: Se a tensão de entrada ultrapassar um determinado valor, a saída vai para n ível alto. Se a tensão de entrada ficar abaixo de determinado valor, a saída vai para n ível baixo.
O símbolo e um gráfico explicativo do funcionamento do schmitt trigger estão a seguir:
FIGURA 2.5: Limitador Schmitt (Schmitt Trigger)
2.4 Famílias Ló gicas
As portas ló gicas básicas dependendo da época em que foram desen- volvidas, do fabricante e da técnica, são constru ídas a partir de componentes discretos ou circuitos integrados. Possuem vários tipos de constru çõ es ou montagens (implementa ção) tendo, portanto, vantagens ou desvantagens entre elas. Cada tipo de cons- trução, embora possam representar a mesma função l ó gica, diferem quanto a fatores como: velocidade de opera ção, componentes empregados, po- tência consumida, etc. Assim, dependendo desses fatores, faz-se a op ção por esta ou aquela família, segundo necessidade e interesse. Um circuito integrado possui um tipo de integra ção que depende da época em que foi desenvolvido e do tamanho do circuito que estará contido nele. Assim, temos por conven ção a integra ção em pequena escala - SSI ( Small Scale Integration ), que possui até 12 componentes em uma ú nica pas- tilha de silício; a integra ção em média escala - MSI (Medium Scale Integration ), com até 99 componentes; a integra ção em larga escala LSI ( Large Scale Integration), com até 1.000 componentes em uma ú nica pastilha; e a integra ção em larga escala VLSI (Very Large Scale Integration ), até 100. componentes em uma ú nica pastilha. As famílias ló gicas são constitu ídas de circuitos integrados constru ídos sob uma determinada técnica. As mais comuns são:
família RTL ( Resistor transistor logic ); família DTL (Diode transistor logic ); família TTL ( Transistor transistor logic); família ECL ( Emmiter Coupled logic ); família IIL ou I²L (Integrated injection logic ); família MOS ou MOS FET ( Metal oxid semiconductor, Field effect transistor ); família CMOS (MOS complementar ).