Circuitos Integrados - parte 2
Agenda
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Eletrônica Digital: uma introdução
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Números binários, Bit, Nibble e Byte
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Alguns sistemas de numeração/representação
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Portas Lógicas
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Atualmente, o termo “Digital” é parte do nosso vocabulário…
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A Eletrônica Digital está presente em várias áreas.
○ P.ex.: Computadores, robôs, videogames, instrumentos para medicina, instrumentos musicais, automação, etc.
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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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.
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Basicamente, há duas formas de representação do valor numérico de uma
quantidade (variável):
○ Representação analógica
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Analógica
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Analógica
○ Sinal que varia em função do tempo (ou de outra variável) em um intervalo contínuo de valores
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Exemplo: o sinal gerado em um microfone
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Analógica
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Analógica
○ Exemplo 2: Gerador de sinal senoidal (ou sinal no secundário do Trafo, considerando rede ideal)
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Analógica
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Digital
○ as variáveis são representadas por valores discretos (símbolos, códigos, dígitos, letras,
níveis de tensão, etc.)
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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)
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Digital
○ as variáveis são representadas por valores discretos (símbolos, códigos, dígitos, letras,
níveis de tensão, etc.)
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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.)
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Representação Digital
○ as variáveis são representadas por valores discretos (símbolos, códigos, dígitos, letras,
níveis de tensão, etc.)
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Exemplo 3: onda quadrada
○2 estados: nível baixo (0V) e nível alto (Vcc) Duty cycle = 50%
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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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.
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A Eletrônica Digital pode ser definida como a eletrônica que trata de apenas
dois níveis de sinal (ou 2 estados)
1e que através destes proporciona
diferentes combinações de entrada e saída de acordo com uma lógica
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Analógico x Digital
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Analógico x Digital
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Exemplo:
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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.
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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Níveis de abstração:
○
Nível de transistor
○
Nível de portas lógicas
○
Blocos
○
Sistema
Eletrônica Digital - Uma introdução...
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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
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Futuro e colapso da Lei de Moore?
Números binários, Bit, Nibble e Byte
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A lógica binária (de dois níveis / dois estados) é utilizada em circuitos digitais
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Os sinais podem ter 2 estados ‘0’ ou ‘1’ ou conjuntos de ‘0’s e ‘1’s (Nibble, byte
ou palavra/Word)
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Bit
:
B
inary Dig
it
○ ‘0’ ou ‘1’ (podem representar OFF e ON, p.ex.)
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Nibble
:
conjunto de 4 bits
○ P.ex.: 0000, 0001, 1010, 1111 , etc.
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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
Números binários, Bit, Nibble e Byte
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Palavra: conjunto de 16, 32 ou 64 bits ○ Exemplo: código ASCII■ Standard: contém 128 palavras ■ P.ex. :
● 0100 0001 - representa a letra A
Números binários, Bit, Nibble e Byte
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Bit mais significativo (most significant bit -- MSB):○ Normalmente, é o bit mais à esquerda
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Bit menos significativo (least significant bit -- MSB):Números binários, Bit, Nibble e Byte
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Endianness: Little Endian x Big EndianAlguns sistemas de numeração/representação
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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)
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
Alguns sistemas de numeração/representação
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Sistema hexadecimal
Alguns sistemas de numeração/representação
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Sistema hexadecimal
Utilizada na programação de Microcontroladores!
Portas Lógicas
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Realizam operações básicas da algebra booleana
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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
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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.Portas Lógicas
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Como analisar o funcionamento de um circuito digital???
○
Tabela-verdade, formas de onda, etc.
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Tabela-verdade:
Portas Lógicas
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Tabela-verdade:
Portas Lógicas
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Portas lógicas básicas:
○
Porta NOT (inversor)
○
Porta OR
○
Porta AND
Portas Lógicas
Portas Lógicas
Portas Lógicas
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Porta lógicas na prática:
○
Podem ser construídas usando transistores, resistores e diodos
○
Há circuitos integrados de portas lógicas
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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
Portas Lógicas
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Porta lógicas na prática:
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Podem ser construídas usando transistores, resistores e diodos
○
Há circuitos integrados de portas lógicas
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Exemplo: CI 74LS04 (porta NOT)
Circuito interno (cada porta)
Portas Lógicas
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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
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