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APLICAÇÕES EM SISTEMAS DIGITAIS
R
E S U M O■ Uma grandeza analógica tem valores contínuos.
■ Uma grandeza digital tem um conjunto de valores discretos.
■ Um dígito binário é denominado bit.
■ Um pulso é caracterizado por tempo de subida, tempo de descida, largura de pulso (duração) e amplitude.
■ A freqüência de uma onda periódica é o inverso do período. A fórmula que relaciona a freqüência e o período é f = 1 T e T= 1 f Um nível ALTO faz com que uma nova soma seja armazenada.
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Código binário para definição do número de comprimidos por garrafa
Números de comprimidos por garrafa
Teclado para entrada do número de comprimidos por garrafa
Um nível ALTO fecha a válvula e avança o transportador. Um nível BAIXO mantém a válvula aberta.
Um pulso proveniente do sensor para cada comprimido incrementa o contador em uma unidade.
Nova soma total
Um código binário para o número total de comprimidos é transferido serialmente ao longo desta linha para o display remoto e para o computador de controle de estoque.
Soma total atual
Unidade remota
Pulso reseta o contador para zero quando a próxima garrafa é posicionada.
DEMUX A B A = B Somador A B Cout Σ Conversor de código A Conversor de código B MUX Contador Decodificador B Controle da correia Entrada de controle da seqüência de chaveamento Display local Decodi- ficador A Registrador B Registro C Codifi- cador Registrador A
Display local do número de comprimidos na garrafa Comp
Decodi- ficador C Código binário para o número atual de comprimidos na garrafa
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■ O ciclo de trabalho de uma forma de onda digital é a razão entre a largura do pulso e o período, expresso pela seguinte fórmula em porcentagem:
Ciclo de trabalho =
■ Um diagrama de temporização é um arranjo de duas ou mais formas de onda mostrando a relação temporal entre elas.
■ As três operações lógicas básicas são NOT, AND e OR. O símbolo padrão de cada uma é dado na Figura 1–59.
■ As funções lógicas básicas são: comparação, aritmética, conversão de código, decodificação, codificação, seleção de dados, armazenamento e contagem.
■ As duas grandes categorias físicas de encapsulamento de CIs são PTH (para dispositivos cujos pinos passam através de furos na placa de circuito impresso) e SMD (para dispositivos montados na superfície da placa de circuito impresso).
■ As categorias de CIs em termos de complexidade do circuito são SSI (integração em pequena escala), MSI (integração em média escala), LSI, VLSI e ULSI (larga escala, escala muito ampla, escala ultra ampla)
■ Os dois tipos de SPLDs (dispositivos de lógica programável simples) são PAL (lógica de arranjo programável) e GAL (lógica de arranjo genérico).
■ O CPLD (dispositivo lógico programável complexo) contém múltiplos SPLDs com interconexões programáveis.
■ O FPGA (arranjo de porta programável por campo) tem uma estrutura interna diferente comparada a de um CPLD e é geralmente usado para sistemas e circuitos mais complexos.
■ Os instrumentos comumente usados em teste e análise de defeito de circuitos digitais são: osciloscópio, analisador lógico, gerador de formas de onda, gerador de funções, fonte de alimentação cc, multímetro digital, ponta de prova lógica e pulsador lógico.
T
E R M O SI
M P O R TA N T E SAnálise de defeito A técnica ou processo de identificação, isolação e correção sistemática de um defeito num circuito ou sistema.
Analógico Tem valores contínuos no tempo.
AND Uma função lógica básica na qual uma saída verdadeira (nível ALTO) ocorre apenas quando todas as condições de entrada são verdadeiras (nível ALTO).
Binário Que apresenta dois valores ou estados; descreve um sistema de numeração que tem base dois e uti- liza os dígitos 0 e 1.
Bit Um dígito binário, que pode ser 1 ou 0.
Circuito integrado (CI) Um tipo de circuito no qual todos os componentes são integrados num único chip de material semicondutor de tamanho extremamente reduzido.
Clock O sinal de temporização básico num sistema digital; uma forma de onda periódica na qual cada in- tervalo entre pulsos é igual ao tempo de um bit.
Compilador Um programa que controla o processo do fluxo do projeto e traduz o código fonte em có- digo objeto num formato que pode ser testado logicamente ou transferido para o dispositivo de destino.
CPLD Dispositivo lógico programável complexo que consiste basicamente de múltiplos arranjos SPLD com interconexões programáveis.
Dados Informação na forma numérica, alfabética ou outra forma.
Diagrama de temporização Um gráfico de formas de onda digitais que mostra a relação temporal de duas ou mais formas de onda.
Digital Relativo a dígitos ou quantidades discretas; tem um conjunto de valores discretos. ¢tW
T≤ 100%
NO T AND OR
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Os termos importantes e outros termos em negrito destacados no capítulo são definidos no glossário que se encontra no final do livro.
FPGA Arranjo de porta programável por campo.
Input O sinal enviado para um circuito ou a linha que chega ao circuito.
Inversor Um circuito NOT; um circuito que comuta um nível ALTO para um nível BAIXO ou vice-versa.
Lógica Em eletrônica digital, a capacidade dos circuitos das portas de tomar decisões, para os quais um ní- vel ALTO representa uma sentença verdadeira e um nível BAIXO uma sentença falsa.
NOT Uma operação lógica básica que realiza inversões.
OR Uma operação lógica básica na qual uma saída verdadeira (nível ALTO) ocorre quando uma ou mais das condições de entrada são verdadeiras (nível ALTO).
Paralelo Em sistemas digitais, dados que ocorrem simultaneamente em diversas linhas; a transferência ou processamento de vários bits simultaneamente.
Porta Um circuito lógico que realiza uma operação lógica específica tal como uma AND ou uma OR. Pulso Uma mudança súbita do sinal de um nível para outro e, após um tempo (denominado de largura de pulso), retorna subitamente para o nível original.
Saída O sinal ou a linha que sai de um circuito.
Serial Que tem um elemento seguido de outro, como em uma transferência serial de bits; ocorre em se- qüência em vez de simultaneamente.
SPLD Dispositivo lógico programável simples.
A
U T O T E S T E As respostas estão no final do capítulo.1. Uma grandeza que apresenta valores contínuos é
(a) uma grandeza digital (b) uma grandeza analógica (c) uma grandeza binária (d) uma grandeza natural
2. O termo bit significa
(a) uma pequena quantidade de dados (b) um 1 ou um 0
(c) dígito binário (d) as respostas (b) e (c) estão corretas
3. O intervalo de tempo relativo à borda positiva de um pulso entre 10% e 90% da amplitude é
(a) tempo de subida (b) tempo de descida (c) largura de pulso (d) período
4. Um pulso em uma determinada forma de onda ocorre a cada 10 ms. A freqüência é
(a) 1kHz (b) 1Hz (c) 100 Hz (d) 10Hz
5. Em uma determinada forma de onda digital, o período é duas vezes a largura do pulso. O ciclo de trabalho é
(a) 100% (b) 200% (c) 50%
6. Um inversor
(a) realiza a operação NOT
(b) comuta de um nível ALTO para um nível BAIXO (c) comuta um nível BAIXO para um nível ALTO (d) todas as alternativas acima estão corretas
7. A saída de uma porta AND é nível ALTO quando
(a) qualquer entrada for nível ALTO (b) todas as entradas são nível ALTO (c) nenhuma entrada for nível ALTO (d) as alternativas (a) e (b) estão corretas
8. A saída de uma porta OR é nível ALTO quando
(a) qualquer entrada for nível ALTO (b) todas as entradas são nível ALTO (c) nenhuma entrada for nível ALTO (d) as alternativas (a) e (b) estão corretas
9. O dispositivo usado para converter um número binário para um display de 7 segmentos é o
(a) multiplexador (b) codificador (c) decodificador (d) registrador
10. Um exemplo de um dispositivo de armazenamento de dados é
(a) a porta lógica (b) o flip-flop (c) o comparador (d) o registrador (e) as alternativas (b) e (d) estão corretas
11. Um encapsulamento de CI de função fixa que contém quatro portas AND é um exemplo de
12. Um dispositivo LSI tem uma complexidade de
(a) 10 a 100 portas equivalentes (b) mais de 100 a 10.000 portas equivalentes (c) 2.000 a 5.000 portas equivalentes (d) mais de 10.000 a 100.000 portas equivalentes
13. VHDL é um(a)
(a) dispositivo lógico (b) linguagem de programação de PLD (c) linguagem de computador (d) lógica de densidade muito alta
14. Um CPLD é um
(a) dispositivo de lógica programável controlado (b) acionador lógico programável complexo (c) dispositivo lógico programável complexo (d) dispositivo lógico de processamento central
15. Um FPGA é um(a)
(a) arranjo de porta programável por campo (b) arranjo de porta programável rápido (c) arranjo genérico programável por campo (d) aplicação de porta de processamento rápido
P
R O B L E M A S As respostas para os problemas de número ímpar estão no final do livro.SEÇÃO 1–1 Grandezas Analógicas e Digitais
1. Cite duas vantagens dos dados digitais em comparação com dados analógicos. 2. Cite uma grandeza analógica que não seja a temperatura nem a intensidade sonora.
SEÇÃO 1–2 Dígitos Binários, Níveis Lógicos e Formas de Onda Digitais
3. Defina a seqüência e bits (1s e 0s) representada por cada uma das seguintes seqüências de níveis:
(a) ALTO, ALTO, BAIXO, ALTO, BAIXO, BAIXO, BAIXO, ALTO
(b) BAIXO, BAIXO, BAIXO, ALTO, BAIXO, ALTO, BAIXO, ALTO, BAIXO
4. Faça uma lista da seqüência dos níveis (ALTO e BAIXO) que representa cada uma das seguin- tes seqüências de bits:
(a) 1 0 1 1 1 0 1 (b) 1 1 1 0 1 0 0 1
5. Para o pulso mostrado na Figura 1–60 determine graficamente:
(a) o tempo de subida (b) o tempo de descida (c) a largura de pulso (d) a amplitude
6. Determine o período da forma de onda digital mostrada na Figura 1–61? 7. Qual é a freqüência da forma de onda vista na Figura 1–61?
8. A forma de onda digital mostrada na Figura 1–61 é periódica ou não-periódica? 9. Determine o ciclo de trabalho da forma de onda mostrada na Figura 1–61.
10. Determine a seqüência de bits representada pela forma de onda vista na Figura 1–62. O tempo de bit é 1 µs nesse caso.
11. Qual é o tempo total da transferência serial para os oito bits mostrados na Figura 1–62? Qual é o temo total para uma transferência em paralelo?
Volts 10 5 0 0 1 2 3 4 t ( s)μ F I G U R A 1 – 6 0 1 t (ms) 0 V 3 5 7 9 11 13 15 17 F I G U R A 1 – 6 1
SEÇÃO 1–3 Operações Lógicas Básicas
12. Um circuito lógico necessita de nível ALTO em todas as suas entradas para tornar a saída nível ALTO. Que tipo de circuito é esse?
13. Um circuito lógico básico de duas entradas tem um nível ALTO numa entrada e um nível BAI- XO na outra, sendo a saída nível BAIXO. Identifique o circuito.
14. Um circuito lógico básico de duas entradas tem um nível ALTO numa entrada e um nível BAI- XO na outra, sendo a saída nível ALTO. Qual é o tipo do circuito lógico?
SEÇÃO 1–4 Visão Geral das Funções Lógicas Básicas
15. Cite a função lógica de cada bloco na Figura 1–63 observando as entradas e saídas.
16. Uma forma de onda digital com uma freqüência de 10 kHz é aplicado na entrada de um conta- dor. Durante 100 ms, quantos pulsos são contados?
17. Considere um registrador que pode armazenar oito bits. Vamos admitir que ele tenha sido ini- cializado de forma que ele passa a ter zero em todas as posições. Se transferirmos quatro bits alternados (0101) serialmente para o registrador, começando pelo 1 e deslocando para a direita, qual é o conteúdo final do registrador logo que os quatro bits forem armazenados?
SEÇÃO 1–5 Circuitos Integrados de Funções Fixas
18. Um CI digital de função fixa tem uma complexidade de 200 portas equivalentes. Como ele é classificado?
19. Explique a principal diferença entre os encapsulamentos DIP e SMT.
20. Determine a numeração dos pinos para os encapsulamentos vistos na Figura 1–64. Na figura são mostradas as vistas superiores.
SEÇÃO 1–6 Introdução à Lógica Programável
21. Qual dos seguintes acrônimos não descreve lógica programável? PAL, GAL, SPLD, ABEL, CPLD, CUPL, FPGA
8 s 0 1 sμ 2 sμ 3 sμ 4 sμ 5 sμ 6 sμ 7 sμ μ F I G U R A 1 – 6 2 (a) 0 8 5 3 Entradas selecionadas 1 ALTO ALTO ALTO BAIXO BAIXO BAIXO BAIXO 0 0 1 (d) 9 7 (c) 6 2 3 (b) F I G U R A 1 – 6 3 (a) (b) F I G U R A 1 – 6 4
22. O que significa cada um dos seguintes acrônimos?
(a) SPLD (b) CPLD (c) HDL (d) FPGA (e) GAL
23. Defina cada um dos seguintes termos relativos à programação de PLDs.
(a) inserção do projeto (b) simulação (c) compilação (d) download
24. Descreva o processo place e rout.
SEÇÃO 1–7 Instrumentos de Medição e Teste
25. Um pulso é mostrado na tela de um osciloscópio sendo que a linha de base mede 1 V e a parte superior mede 8 V. Qual é a amplitude?
26. Uma ponta de prova lógica é colocada num dos terminais de um CI em operação num sistema. O indicador luminoso da ponta de prova pisca repetidamente. O que isso indica?
SEÇÃO 1–8 Aplicações em Sistemas Digitais
27. Defina o termo sistema.
28. No sistema ilustrado na Figura 1–58, qual é a necessidade do multiplexador e do demultiplexador? 29. O que pode ser feito para mudar a quantidade de comprimidos por garrafa no sistema da Figura
1-58?