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Circuitos Integrados - parte 2. Prof. César M. V. Benítez

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Academic year: 2021

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Circuitos Integrados - parte 2

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Agenda

Eletrônica Digital: uma introdução

Números binários, Bit, Nibble e Byte

Alguns sistemas de numeração/representação

Portas Lógicas

(3)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Atualmente, o termo “Digital” é parte do nosso vocabulário…

A Eletrônica Digital está presente em várias áreas.

○ P.ex.: Computadores, robôs, videogames, instrumentos para medicina, instrumentos musicais, automação, etc.

(4)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Lidamos com quantidades (variáveis)

○ Quantidades são medidas, monitoradas, gravadas, manipuladas e/ou controladas nos sistemas

○ P.ex.: temperatura, pressão, quantidade de pessoas em uma sala (durante COVID), peso, velocidade, vazão, tensão, etc.

Basicamente, há duas formas de representação do valor numérico de uma

quantidade (variável):

○ Representação analógica

(5)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Analógica

(6)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Analógica

○ Sinal que varia em função do tempo (ou de outra variável) em um intervalo contínuo de valores

Exemplo: o sinal gerado em um microfone

(7)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Analógica

(8)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Analógica

○ Exemplo 2: Gerador de sinal senoidal (ou sinal no secundário do Trafo, considerando rede ideal)

(9)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Analógica

(10)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Digital

○ as variáveis são representadas por valores discretos (símbolos, códigos, dígitos, letras,

níveis de tensão, etc.)

Exemplo: chave

○ Estados possíveis de uma chave (SPST - Single Pole, Single Throw): ■ Aberto

■ Fechado

Os estados da Lâmpada:

● Desligada/Apagada: OFF (0) ● Ligada/Acesa: ON (1)

(11)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Digital

○ as variáveis são representadas por valores discretos (símbolos, códigos, dígitos, letras,

níveis de tensão, etc.)

Exemplo 2: sensor de presença (utilizado em alarmes, etc.)

○ Estados possíveis dos contatos:

■ Aberto ■ Fechado

Exemplo de

sensor alimentado pela rede elétrica (lâmpada de corredor, garagem, etc.)

(12)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Representação Digital

○ as variáveis são representadas por valores discretos (símbolos, códigos, dígitos, letras,

níveis de tensão, etc.)

Exemplo 3: onda quadrada

2 estados: nível baixo (0V) e nível alto (Vcc) Duty cycle = 50%

(13)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Como comentado na aula anterior, os CIs podem conter componentes/circuitos da

eletrônica analógica e/ou componentes da eletrônica digital

Analógica:

comparador, regulador de tensão, Amplificador Operacional, etc.)

Digital

: memórias, portas lógicas, etc.

A Eletrônica Digital pode ser definida como a eletrônica que trata de apenas

dois níveis de sinal (ou 2 estados)

1

e que através destes proporciona

diferentes combinações de entrada e saída de acordo com uma lógica

(14)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Analógico x Digital

(15)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Analógico x Digital

(16)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Exemplo:

-

Gravação e reprodução de áudio

-

o áudio pode ser armazenado em formato digital

-

pode ser “facilmente” manipulada!

-

o áudio deve ser entregue ao ouvido humano em

forma analógica.

(17)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Níveis de abstração:

Nível de transistor

Nível de portas lógicas

Blocos

Sistema

(18)

Eletrônica Digital - Uma introdução...

Lei de Moore:

O número de transistores dos Chips dobra a cada 2 anos, pelo mesmo custo

mais poder computacional com menor custo

competição entre fabricantes

demanda dos consumidores

Futuro e colapso da Lei de Moore?

(19)

Números binários, Bit, Nibble e Byte

A lógica binária (de dois níveis / dois estados) é utilizada em circuitos digitais

Os sinais podem ter 2 estados ‘0’ ou ‘1’ ou conjuntos de ‘0’s e ‘1’s (Nibble, byte

ou palavra/Word)

Bit

:

B

inary Dig

it

○ ‘0’ ou ‘1’ (podem representar OFF e ON, p.ex.)

Nibble

:

conjunto de 4 bits

○ P.ex.: 0000, 0001, 1010, 1111 , etc.

Byte

:

conjunto de 8 bits

○ P.ex.: 00000000, 00010000, 10101010, 11111010 , etc.

○ A representação Hexadecimal pode ser utilizada. P.ex.: 0x00, 0xAA ■ cada letra representa um Nibble

(20)

Números binários, Bit, Nibble e Byte

Palavra: conjunto de 16, 32 ou 64 bits ○ Exemplo: código ASCII

■ Standard: contém 128 palavras ■ P.ex. :

● 0100 0001 - representa a letra A

(21)
(22)

Números binários, Bit, Nibble e Byte

Bit mais significativo (most significant bit -- MSB):

○ Normalmente, é o bit mais à esquerda

Bit menos significativo (least significant bit -- MSB):

(23)

Números binários, Bit, Nibble e Byte

Endianness: Little Endian x Big Endian

(24)

Alguns sistemas de numeração/representação

Sistema decimal:

Composto por 10 algarismos: 0, 1, 2, 3 ...9

Base 10

Exemplo: 1812

Dígito mais significativo = 1

Dígito menos significativo = 2

1812 = 2*10

0

+ 1*10

1

+ 8*10

2

+ 1*10

3

Sistema binário

vetor (ou conjunto) de bits (0 ou 1)

Base 2

P.ex.: 0111 (ou 0b111)

(25)

Alguns sistemas de numeração/representação

Quantidade de números (ou combinações possíveis = 2N

Onde, N é o número de bits

Faixa de valores: 0 a 2N - 1

Para 4 bits: N = 4 16 números 0 a 15

(26)

Alguns sistemas de numeração/representação

Sistema hexadecimal

(27)

Alguns sistemas de numeração/representação

Sistema hexadecimal

Utilizada na programação de Microcontroladores!

(28)

Portas Lógicas

Realizam operações básicas da algebra booleana

Operações básicas da algebra booleana:

NOT OR AND

Estas operações são utilizadas para projetar circuitos digitais (e na programação…)

Operação NOT : Z = /A ou Z= not (A)

Z é igual ao complemento (ou inverso) de A.

Se A=1, Z = 0 Se A=0, Z =1

Operação OR (ou) : z = A OR B (ou z = A + B)

Z = 1 + 1 = 1

Z = 1 + 0 = 1

Z = 0 + 0 = 0

Operação AND (E) : z = A AND B (ou z = A.B)

Z = 1 AND 1 = 1

Z = 1 AND 0 = 0

Z = 0 AND 0 = 0

Algebra booleana: ferramenta matemática para descrever circuitos lógicos Em Linguagens de Programação, utilizamos símbolos para as operações.

(29)

Portas Lógicas

Como analisar o funcionamento de um circuito digital???

Tabela-verdade, formas de onda, etc.

Tabela-verdade:

(30)

Portas Lógicas

Tabela-verdade:

(31)

Portas Lógicas

Portas lógicas básicas:

Porta NOT (inversor)

Porta OR

Porta AND

(32)

Portas Lógicas

(33)

Portas Lógicas

(34)
(35)

Portas Lógicas

Porta lógicas na prática:

Podem ser construídas usando transistores, resistores e diodos

Há circuitos integrados de portas lógicas

Exemplo: CI 74LS04 (porta NOT)

CI da família TTL (Alimentado com Vcc= 5V)

‘1’ = 5V ‘0’ = 0V (Terra, GND)

Verificar região indeterminada (no datasheet e apostila)

https://www.ti.com/lit/ds/sdls029c/sdls029c.pdf?ts=1618500617334&ref_url=htt ps%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

(36)

Portas Lógicas

Porta lógicas na prática:

Podem ser construídas usando transistores, resistores e diodos

Há circuitos integrados de portas lógicas

Exemplo: CI 74LS04 (porta NOT)

Circuito interno (cada porta)

(37)

Portas Lógicas

Exemplo: CI 74LS04

● Alimentação: 5V

○ Vcc (Pino 14) GND (negativo, Pino 7) (alimentação na diagonal) ● a entrada 1A (Pino 1) recebe 0V (‘0’)

● Na saída 1Y (Pino 2) temos 5V (‘1’) ● O LED acende quando temos 5V

(38)
(39)

Prática utilizando Portas Lógicas, Contador, decodificador e displays

● Consulte o Datasheet de cada CI utilizado

● O circuito pode ser simplificado.

Algumas Dicas:

Ajuste a fonte de tensão para o valor indicado no esquemático

(nao conecte ao circuito ainda)

○ coloque os CIs na protoboard

○ Coloque primeiro os jumpers que ligam os pinos de Vcc e GND ○ Monte o circuito por partes utilizando fios rígidos (dimensionados)

■ Primeiro o circuito de Clock

■ Depois, o contador, decodificador e displays

■ Cada parte pode ser testada separadamente (com o circuito alimentado)

■ Pode verificar as conexões também com ajuda do multímetro (ohmímetro ou medidor de continuidade) com a fonte

Referências

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