9788522107452 Eletrônica Digital

Eletrônica

Eletrônica

Digital

Digital

James W. Bignell e

James W. Bignell e

Robert Donovan

Robert Donovan

tradução da 5

ELETRÔNICA

DIGITAL 

5ª EDIÇÃO NORTE-AMERICANA

James Bignell

Robert Donovan

Tradução

All Tasks

Revisão técnica

 Wânderson de Oliveira Assis

Prefácio XII

1

SISTEMAS NUMÉRICOS 1

1.1 Sistema Numérico Binário 2

1.2 Conversão de Binário em Decimal 4 1.3 Conversão de Decimal em Binário 5 1.4 Sistema Numérico Octal 8

1.5 Conversão de Binário em Octal 10 1.6 Conversão de Octal em Binário 11 1.7 Sistema Numérico Hexadecimal 12

1.8 Conversão de Binário em Hexadecimal 14 1.9 Conversão de Hexadecimal em Binário 15 1.10 Decimal Codificado em Binário (BCD) 15 1.11 Adição Binária 21

1.12 Subtração Binária 24

1.13 Diagnóstico e Solução de Problemas de um Somador de 4 Bits 26 Aplicação Digital 28

Resumo 29

Questões e Problemas 30

Lab 1A Somador Completo de 4 Bits 7483 32 Lab 1B Somador Completo de 4 Bits 4008 38

2

PORTAS LÓGICAS 41

2.7 Habilitação/Inibição do Controle de Dados 62 2.8 Habilitação/Inibição de Portas AND 62

2.9 Habilitação/Inibição de Portas NAND 63 2.10 Habilitação/Inibição de Portas OR 64 2.11 Habilitação/Inibição de Portas NOR 65 2.12 Resumo: Habilitação/Inibição 66

VIM M M E L E T R Ô N I C A D I G I T A L

2.13 NAND como um Inversor 67

2.14

NOR como um Inversor 67

2.15

Expansão de uma Porta AND 67

2.16 Expansão de uma Porta NAND 68

2.17

Expansão de uma Porta OR 68

2.18

Expansão de uma Porta NOR 68

2.19

Programação de um PLD (Opcional) 69

2.20

Diagnóstico e Solução de Problemas de Portas 74

Aplicação Digital 75

Resumo 76

Questões e Problemas 78

Lab 2A

Portas 84

Lab 2B

Portas 87

3

FORMAS DE ONDA E ÁLGEBRA

BOOLEANA 91

3.1

Análise de Formas de Onda 92

3.2

Formas de Onda de Clock Atrasado e Contador de Deslocamento 94

3.3

Lógica Combinacional 101

3.4

Teoremas Booleanos 102

3.5

Teoremas de DeMorgan 109

3.6

Projeto de Circuitos Lógicos 114

3.7

Portas AND-OR-INVERT 124

3.8

Redução de Expressões Booleanas Utilizando Mapas de Karnaugh 127

3.9

Dispositivos de Lógica Programável 129

3.10

Programação de um PLD (Opcional) 133

3.11

Diagnóstico e Solução de Problemas de Circuitos Lógicos Combinacionais 136

Aplicação Digital 138

Resumo 139

Questões e Problemas 140

Lab 3A

Álgebra Booleana 149

Lab 3B

Conversor de Lógica 152

4

PORTAS EXCLUSIVE-OR 155

4.1

Exclusive-OR 156

4.2

Habilitação/Inibição 159

4.3

Análise de Formas de Onda 160

4.4

Exclusive-NOR 161

4.6

Gerador de Paridade Par 164

4.7

Gerador de Paridade Par/Ímpar 167

4.8

Verificador de Paridade 169

4.9

Gerador/Verificador de Paridade de 9 Bits 172

4.10

Comparador 176

4.11

Programação do CPLD (Opcional) 182

4.12

Diagnóstico e Solução de Problemas em Circuitos Exclusive-OR 186

Aplicação Digital 187

Resumo 188

Questões e Problemas 189

Lab 4A

Exclusive-OR 194

Lab 4B

Gerador/Verificador de Paridade 196

5

SOMADORES 199

5.1

Somador Parcial (Meio-somador) 200

5.2

Somador Completo 201

5.3

Subtração Binária em Complemento de 1 209

5.4

Circuito de Adição/Subtração em Complemento de 1 211

5.5

Subtração Binária em Complemento de 2 215

5.6

Circuito de Adição/Subtração em Complemento de 2 218

5.7

Números em Complemento de 2 com Sinal 223

5.8

Adição de Decimal Codificado em Binário 230

5.9

Circuito Somador de Decimal Codificado em Binário 232

5.10

Unidade Lógica e Aritmética (ALU) 234

5.11

Programação de um CPLD (Opcional) 236

5.12

Diagnóstico e Solução de Problemas em Circuitos Somadores 243

Aplicação Digital 245

Resumo 245

Questões e Problemas 247

Lab 5A

Somadores 251

Lab 5B

Circuitos Somadores 253

6

ESPECIFICAÇÕES E PORTAS

DE COLETOR ABERTO 257

6.1

Subfamílias TTL 259

6.2

Características Elétricas do TTL 259

6.3

Correntes de Alimentação do TTL 265

6.4

Características de Chaveamento do TTL 266

6.5

Portas de Coletor Aberto do TTL 269

6.6

Aplicações de Coletor Aberto 272

6.7

CMOS 274

6.8

Subfamílias CMOS 274

6.9

Especificações do CMOS 277

6.10

Interface entre TTL e CMOS 280

6.11

CMOS de Baixa Tensão 282

6.12

Emitter Coupled Logic (ECL) 284

6.13

Interface entre ECL e Outras Famílias Lógicas 286

6.14

Tecnologia de Montagem em Superfície 288

6.15 Especificações de CPLD (Opcional) 290

6.16

Diagnóstico e Solução de Problemas de Dispositivos TTL CMOS 291

Aplicação Digital 292

Resumo 294

Questões e Problemas 294

Lab 6A

Especificações e Portas de Coletor Aberto 297

Lab 6B

Especificações e Inversores de Dreno Aberto 299

 7 FLIP-FLOPS 301

7.1

Introdução aos Flip-Flops 302

7.2

Flip-Flops

–––

SET-RESET

–––––

com Portas NAND 302

7.3

Flip-Flops SET-RESET com Portas NOR 304

7.4

Comparação entre Flip-Flops SET-RESET com NAND e NOR 306

7.5

Utilização de um Flip-Flop

–––

SET-RESET

–––––

como

em Chaves 307

7.6

Flip-Flop SET-RESET Síncrono 308

7.7

Flip-Flop

Transparente 310

7.8

Flip-Flop

Mestre-Escravo 313

7.9

Flip-Flop

Acionado por Borda 319

7.10

Programação de um CPLD (Opcional) 319

7.11

Diagnóstico e Solução de Problemas em um Circuito Digital 324

Aplicação Digital 326

Resumo 327

Questões e Problemas 328

Lab 7A

Flip-Flops 330

Lab 7B

Flip-Flops 332

8.1

Alternando a Saída de um Flip-Flop

Mestre-Escravo 334

8.2

O Flip-Flop

335

8.3

Clock sem Sobreposição 338

S U M Á R I O M M M IX

8.4

Contador de Deslocamento 340

8.5

CIs de Flip-Flops

Típicos 343

8.6

Programação de um CPLD (Opcional) 344

8.7

Diagnóstico e Solução de Problemas em Flip-Flops

348

Aplicação Digital 351

Resumo 352

Questões e Problemas 352

Lab 8A

Contador de Deslocamento e Clock Atrasado 357

Lab 8B

Flip-Flops

359

9 REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO 361

9.1

Registrador de Deslocamento Construído a partir de Flip-Flops

362

9.2

Dados Paralelos e Seriais 363

9.3

Entrada Paralela e Saída Serial 364

9.4

Formatos de Transmissão de Dados Seriais 366

9.5

Circuitos Integrados Registradores de Deslocamento 370

9.6

Padrões de Dados Seriais 373

9.7

Código ASCII 376

9.8

Programação de um CPLD (Opcional) 378

9.9

Diagnóstico e Solução de Problemas em um Sistema RS-232C 382

9.10

Porta USB 384

Aplicação Digital 387

Resumo 387

Questões e Problemas 388

Lab 9A

Registradores de Deslocamento 391

Lab 9B

Registradores de Deslocamento 398

10 CONTADORES 399

10.1

Contador Assíncrono 400

10.2

Método “Decode-and-Clear” para Fazer um Contador Assíncrono de Divisão por

401

10.3

Contador Síncrono de Divisão por

403

10.4

Contadores Pré-ajustáveis 406

10.5

Contador Crescente-Decrescente 409

10.6

Circuitos Integrados de Contadores com Tecnologia TTL-MSI Típicos 411

10.7

Contador de Divisão por

e ½ 415

10.8

Programação de um CPLD (Opcional) 418

10.9

Diagnóstico e Solução de Problemas em Contadores 423

Aplicação Digital 425

XM M M E L E T R Ô N I C A D I G I T A L

Questões e Problemas 427

Lab 10A Contadores 429

Lab 10B Contadores 432

11

ENTRADAS E CLOCKS SCHMITT-TRIGGER 433

11.1

Entrada Schmitt-Trigger 434

11.2

Utilização de um Schmitt-Trigger para Converter uma Onda Irregular em Onda Quadrada 434

11.3

Circuito de Clock Schmitt-Trigger 435

11.4

Temporizador 555 Usado como Circuito de Clock 438

11.5

Osciladores a Cristal 444

11.6

Diagnóstico e Solução de Problemas de Circuitos de Clock 445

Aplicação Digital 447

Resumo 448

Questões e Problemas 448

Lab 11A Schmitt-Triggers e clocks 451

Lab 11B Clocks 453

12 CIRCUITOS DE DISPARO 455

12.1

Chave com

Usando Circuito de Disparo 456

12.2

Circuito Alongador de Pulso 456

12.3

Circuito de Disparo com Reacionamento 458

12.4

Circuito de Disparo sem Reacionamento 459

12.5

O 555 como Circuito de Disparo Único 460

12.6

74121 e 74LS122 462

12.7

Separador de Dados 464

12.8

Diagnóstico e Solução de Problemas de Circuitos de Disparo 466

Aplicação Digital 468

Resumo 468

Questões e Problemas 469

Lab 12A Circuitos de Disparo 471

Lab 12B Circuitos de Disparo 472

13 CONVERSÕES DE DIGITAL PARA ANALÓGICO E DE

ANALÓGICO PARA DIGITAL 475

13.1

Redes de Resistores para Conversão Digital-Analógico 476

13.2

Conversor Digital-Analógico TTL 480

13.3

Conversão Analógico-Digital Utilizando Comparadores de Tensão 482

13.4

Conversor Analógico-Digital de Contagem e Comparação 486

S U M Á R I O M M M XI

13.6

Circuito Integrado de Conversor Digital-Analógico DAC0830 490

13.7

Desenvolvimento da Lógica de um Conversor Analógico-Digital

com Comparador de Tensão de 3 Bits 493

13.8

Diagnóstico e Solução de Problemas de Conversores Digital-Analógicos 494

Aplicação Digital 496

Resumo 497

Questões e Problemas 497

Lab 13A Digital-Analógico e Analógico-Digital 499

Lab 13B Conversores Analógico-Digital 501

14

DECODIFICADORES, MULTIPLEXADORES,

DEMULTIPLEXADORES E DISPLAYS 503

14.1

Decodificadores 504

14.2

Demultiplexadores 506

14.3

Multiplexadores 507

14.4

Utilização de um Multiplexador para Reproduzir uma Tabela-Verdade Desejada 507

14.5

CI de Multiplexador e Demultiplexador 511

14.6

Multiplexador de Osciloscópio de 8 Traçados 513

14.7

Diodo Emissor de Luz 515

14.8

Display de Sete Segmentos 516

14.9

Display de Cristal Líquido (LCD) 520

14.10 Programação de um CPLD (Opcional) 524

14.11 Diagnóstico e Solução de Problemas em Decodificadores 533

Aplicação Digital 536

Resumo 537

Questões e Problemas 538

Lab 14A Multiplexadores, LEDs e Displays de Sete Segmentos 541

Lab 14B LED 544

15 PORTAS DE TRÊS ESTADOS E INTERFACE COM

CORRENTE ALTA 547

15.1

Portas de Três Estados 548

15.2

Inversores e

de Três Estados 550

15.3

Barramentos de Computadores e Porta de Três Estados 553

15.4

Buferização para Alta Corrente e Alta Tensão 554

15.5

Multiplexação de Displays de LEDs de Sete Segmentos 558

15.6

Isolamento de Circuitos com Optoacopladores 560

15.7

Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) 560

15.8 Diagnóstico e Solução de Problemas em Circuitos Digitais de Alta Corrente 562

Aplicação Digital 564

Resumo 565

Questões e Problemas 566

Lab 15A Portas de Três Estados 567

Lab 15B Interface de Alta Corrente 568

16 MEMÓRIAS E INTRODUÇÃO A

MICROCOMPUTADORES 569

16.1

O Microcomputador e Suas Partes 570

16.2

Unidade Central de Processamento 570

16.3

Memória do Computador 574

16.4

ROM 574

16.5

PROM 575

16.6

EPROM 577

16.7

EEPROM 579

16.8

RAM Estática 580

16.9

RAM Dinâmica 582

16.10 Entrada/Saída do Computador 584

16.11 Programa 587

16.12 Microcontrolador 590

Aplicação Digital 592

16.13 Memória

594

Resumo 600

Questões e Problemas 601

Lab 16

RAM 602

APÊNDICES 605

A

Planos de Laboratório 607

B

Equipamentos Necessários para os Laboratórios 611

C

Pinagens 613

D

Portas NAND, MOS e CMOS 621

Glossário 627

Índice Remissivo 637

PREFÁCIO

O livro Eletrônica digital , em sua quinta edição, apresenta um texto ágil e objetivo, ideal para es-tudantes universitários e para aqueles envolvidos com a ciência de modo geral, que precisam de sólida bagagem introdutória em eletrônica digital. Embora nenhum conhecimento prévio em eletrônica digital seja especificamente necessário, uma boa compreensão sobre como funcionam os circuitos CC permitirá que os alunos sintam mais confortáveis quanto aos conceitos de ten-são, corrente e resistência. Aqueles que concluírem este curso estarão aptos para trabalhar as-pectos relacionados ao hardware envolvido em um curso de microprocessadores.

ORGANIZAÇÃO DO TEXTO

Este livro está organizado em dezesseis capítulos, um para cada semana de um semestre cheio. Cada capítulo termina com exercícios de laboratório estreitamente relacionados ao material do capítulo. Nesses laboratórios, a teoria é testada na prática e são aprendidas habilidades práticas, o que per-mite um equilíbrio entre teoria e prática. Esta edição está organizada da seguinte maneira:

Sistemas de Numeração

O Capítulo 1 aborda os sistemas numéricos binário, octal, hexadecimal e decimal codificado em binário, juntamente com adição e subtração binária.

Portas Básicas

Os capítulos 2 a 4 abordam as portas básicas e portas exclusive-OR, nos quais se detalham sím-bolos, símbolos de lógica invertida, expressões booleanas, tabelas-verdade, habilitação/inibi-ção e expansão de portas. Formas de onda de contadores de deslocamento e cicuitos de clocks atrasados são utilizados para apresentar a análise de formas de onda. Métodos de álgebra booleana e mapas de Karnaugh são usados para a implementação das tabelas-verdade forne-cidas. Utilizam-se as portas exclusive--OR como geradores de paridade, verificadores de pa-ridade e comparadores de magnitudes.

Somadores

O Capítulo 5 apresenta o método de subtração em complemento de 1 e 2 juntamente com a adi-ção de decimais codificados em binário e números em complemento de 2 com sinal. Circuitos somadores/subtratores em complemento de 1 e 2 e circuitos somadores de decimais codificados em binário são criados por meio da utilização de portas básicas, em conjunto com somadores completos de 4 bits.

Especificações

Saídas do tipo totem-pole e de coletor aberto são comparadas no Capítulo 6. Comparam-se tam-bém as características e os parâmetros das subfamílias TTL e CMOS. O capítulo apresenta a tec-nologia Emitter-Coupled Logic. Abordam-se ainda o encapsulamento de circuitos integrados com montagem em superfície e resistores.

Flip-Flops

Uma progressão de flip-flops é estudada nos capítulos 7 e 8, começando com flip-flops com por-tas NAND e avançando pelos flip-flops de porta, transparentes, de dados, mestre-escravo e  JK . Os flip-flops e as portas JK são utilizados para a criação de formas de onda de contadores de des-locamento e circuitos de clock atrasados.

Comunicações Digitais

O Capítulo 9 apresenta circuitos integrados de registradores de deslocamento serial e paralelo. O padrão RS-232 e o código ASCII são estudados, e um receptor serial é criado a partir de portas flip-flop. Abordam-se também as portas de barramento serial universal (USB). No exercício de laboratório de “relações humanas”, quatro alunos trabalham em equipe para criar um receptor serial com flip-flops, portas e circuitos integrados de registradores de deslocamento. O sistema inclui circuitos de registradores de deslocamento e circuitos de clock atrasado estudados no Ca-pítulo 8. O laboratório estará concluído quando cada membro do grupo for capaz de receber e decodificar os sinais ASCII RS-232 procedentes de um computador.

Circuitos de Temporização

Contadores do tipo “decode-and-clear” e síncronos são apresentados no Capítulo 10. Estudam--se os circuitos integrados de contadores e os contadores criados a partir de flip-flops e portas. O aluno aprende a projetar e criar contadores síncronos que contam em qualquer sequência.

Portas Schmitt-trigger são apresentadas no Capítulo 11. Portas Schmitt-trigger, temporizado-res 555, portas CMOS e cristais são utilizados para a criação de uma variedade de circuitos de clock. Circuitos de disparo, com e sem reacionamento, são abordados no Capítulo 12. Estudam-se os circuitos de disparo em circuito integrado e circuitos de disparo criados com portas Schmitt--trigger e temporizadores 555.

Circuitos de Interface

O Capítulo 13 apresenta uma sequência de tópicos relativos ao interfaceamento entre circuitos de controle digital e o mundo externo.

Conversores digital-analógico e analógico-digital são abordados no Capítulo 13. Contadores e comparadores, conversores de flash e conversores de aproximação sucessiva são criados com flip-flops, portas e comparadores de tensão. O circuito de aproximação sucessiva começa com os

P R E F Á C I O  M M M _XV

circuitos de contadores de deslocamento e circuitos de clock atrasados desenvolvidos no Capí-tulo 8. Apresentam-se ainda conversores de circuitos integrados.

O Capítulo 14 apresenta circuitos integrados de multiplexadores e demultiplexadores e dis-plays de LED e cristal líquido de sete segmentos.

O Capítulo 15 apresenta as portas de três estados e os drivers _{de barramentos. São fornecidos}

exemplos de interfaceamento entre circuitos de controle e dispositivos de alta corrente e alta tensão.

Introdução a Microcomputadores

O Capítulo 16 é uma ponte entre a eletrônica digital e os microcomputadores. Abordam-se as par-tes básicas de um microcomputador, e apresentam-se circuitos integrados de memória, além de as-pectos relacionados aos CIs de memóriaflash _{e à sua utilização em cartões inteligentes (SmartMedia).}

Neste livro, há uma continuidade do temas estudados: as habilidades desenvolvidas em um ca-pítulo são utilizadas e expandidas nos caca-pítulos subsequentes. Por exemplo, no Caca-pítulo 3, uti-lizam-se formas de onda de clock atrasado e contador de deslocamento como entradas para o estudo da análise das formas de onda das portas básicas.

Esse tópico prossegue no Capítulo 8, onde as formas de onda de clock atrasado e contador de deslocamento são produzidas como aplicação dos flip-flops. No Capítulo 9, as formas de onda de clock atrasado e contador de deslocamento são incorporadas a um sistema de recepção serial, e, no Capítulo 13, um circuito de clock atrasado é utilizado em um circuito analógico-digital de aproximação sucessiva. Os exclusive-OR são utilizados para a apresentação de geradores de pari-dade, comparadores e somadores, e os flip-flops, para a apresentação de receptores seriais.

Apêndices

O Apêndice A contém planos e diagramas esquemáticos para a construção de um kit de labora-tório. O Apêndice B apresenta uma lista dos materiais necessários à construção dos circuitos de laboratório. As pinagens dos circuitos integrados utilizados nos exercícios de laboratório são mostradas no Apêndice C. Apesar de serem úteis, elas não substituem os manuais de especifica-ções de bons dispositivos TTL e CMOS (datasheet _{). Recomendamos a obtenção dos} datasheets 

de um ou mais dos principais fabricantes de circuitos integrados.

COMO UTILIZAR O LIVRO

1. Em cada capítulo, a seção “Objetivos” identifica as habilidades que o aluno irá adquirir após a leitura do material, e uma lista de “Termos-chave” destaca os principais tópicos e novos ter-mos a serem estudados.

2. Cada capítulo contém questões de “Autoavaliação” que permitirão que os alunos se mante-nham atentos ao material estudado e que fornecerãofeedback _{imediato sobre o seu progresso.}

As respostas se encontram no site www.cengage.com.br, na página do livro.

3. Um resumo do capítulo lista os fatos pertinentes para uma rápida revisão e para fins de reforço. 4. No final de cada capítulo, a seção “Questões e problemas” oferece uma revisão do material e da prática, com o propósito de fazer funcionar os materiais. As respostas às questões com nu-meração ímpar estão no final do livro.

XVIM M M E L E T R Ô N I C A D I G I T A L

5. Dois laboratórios estão incluídos no final de cada capítulo. O primeiro é um projeto prático de construção, e o segundo, uma análise em software Multisim® e um projeto de diagnóstico e so-lução de problemas. A competência em diagnóstico e soso-lução de problemas é desenvolvida no primeiro laboratório por meio de fiação e diagnóstico e solução de problemas dos circuitos do laboratório, e no segundo laboratório, por meio de análise e diagnóstico e solução de proble-mas dos circuitos Multisim®. A utilização de ambos os tipos de laboratórios permite um equi-líbrio entre a construção física de um circuito e a análise/diagnóstico e solução de problemas dos circuitos, utilizando ferramentas de simulação por computador, como o Multisim®. Os alunos precisam praticar ambas as abordagens para entender totalmente os problemas dos circuitos. 6. Muitos dos termos e das frases aqui utilizados estão definidos de forma sucinta no

“Glos-sário”. Recomendamos sempre sua consulta para familiarização com a terminologia utili-zada aqui.

7. Num estilo conciso e de fácil compreensão, são apresentados os conceitos fundamentais de forma clara e compreensível.

8. Este livro é acompanhado por diagramas esquemáticos e ilustrações que ajudam a esclarecer o material.

NOVIDADES DESTA EDIÇÃO

1. No Capítulo 1, as sequências de calculadora são apresentadas para as calculadoras TI-86 e para a calculadora científica incorporada aos sistemas operacionais Windows. Essas calcula-doras são utilizadas para efetuar operações binárias, octais e hexadecimais, além de conver-sões decimais entre sistemas numéricos.

2. Seções opcionais abordando os Dispositivos Lógicos Programáveis Complexos (CPLD) foram integradas nesta edição. O Capítulo 2, Seção 2.19 (Programação de um PLD), apresenta um procedimento de treze passos que orienta o aluno através do processo completo de desen-volvimento de um projeto no qual as portas em um CPLD são configuradas para implemen-tar uma função particular. Os passos 7 a 10 envolvem a criação de um arquivo de forma de onda vetorial que simula a operação do circuito. Mais adiante, no Capítulo 3, esses passos são apresentados em detalhe, após o estudo da análise da forma de onda. O procedimento de treze passos é reforçado nos capítulos 4, 5, 7, 8, 9, 10 e 14.

Os passos 4 e 5 do procedimento de treze passos envolvem a codificação de um programa que descreve a configuração desejada de hardware.

Os programas são desenvolvidos por meio do sistema de desenvolvimento Quartus II® da Altera Corporation*. A linguagem de programação utilizada no Quartus II® é a VHDL (Very  High-Speed Hardware Description Language). Em cada um dos capítulos mencionados an-teriormente, os programas em VHDL são criados, compilados, simulados e transferidos via download ao CPLD.

Os exemplos apresentados referem-se ao kit ex perimental RSR PL DT-2®*. O PLDT-2 contém um CPLD da família MAX 7000S, um EPM7128SLC84-15. Entretanto, o

mento de programação é facilmente adaptado a outros instrutores, como as placas Uni-versity® da Altera.

Em cada capítulo que contém uma seção sobre programação de um CPLD (capítulos 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 e 14), um ou mais projetos são desenvolvidos. No final de cada capítulo, a seção “Questões e problemas” apresenta problemas que requerem que o aluno escreva um programa que utilize o VHDL para implementar um circuito particular. Todos esses exer-cícios podem ser expandidos em um projeto que resulte na programação e nos testes do CPLD real. Todos esses projetos (mais de 70) encontram- se na página do livro, no site ww w.cengage.com.br.

Como na edição anterior, um dispositivo lógico programável simples (SPLD) é utilizado (Ca-pítulo 3, Seção 3.9) para explicar como as combinações AND-OR são programadas para a execução de funções lógicas específicas. Um exemplo de programação de um SPLD utilizando CUPL é incluído. Em cada exemplo a partir daí, o VHDL é utilizado para programar os CPLD. Se o leitor quiser saltar as seções referentes à programação de dispositivos programáveis, isso poderá ser feito sem nenhum prejuízo à continuidade do material restante.

3. No Capítulo 6, especificações foram adicionadas para as três subfamílias de CMOS: CMOS Avançado de Alta Velocidade (AHC), CMOS Avançado de Alta Velocidade Compatível com TTL (AHCT) e CMOS Avançado Compatível com TTL de Baixa Tensão (ALVT). Os proble-mas 46 e 47 exigem que o aluno pesquise a subfamília 7aACTQ e a configuração e disponi-bilidade de CIs de porta única.

Ainda no Capítulo 6, a abordagem dos encapsulamentos de montagem em superfície foi ex-pandida para incluir resistores de montagem em superfície, bem como encapsulamentos es-tilos SOIC, SOP, SSOP e TSSOP, e seus espaçamentos de pinos.

4. O Capítulo 9 apresenta uma seção sobre portas de barramento serial universal (USB). A abor-dagem inclui os conectores e o cabeamento das portas, método de transmissão, codificação de dados e formas de onda, além do processo para extração do clock do stream _{de dados.}

5. O Capítulo 16 contém uma nova seção sobre a memória flash _{utilizada em câmeras digitais}

e dispositivos de gravação de músicas. As formas de onda são apresentadas para explicar como os blocos de dados são programados, lidos e apagados. Além de abordar aspectos relaciona-dos aos CIs de memória flash _{, aponta-se sua utilização em cartões de memória SmartMedia.}

6. Cada capítulo é finalizado com dois exercícios de laboratório. O primeiro é construído sobre uma placa protótipo e o segundo é executado utilizando Multisim®. Os laboratórios de Mul-tisim® foram atualizados para a versão 9.0. Esses circuitos MulMul-tisim® estão no site da edi-tora. Além disso, como mencionado anteriormente, todos os exercícios de programação de VHDL na seção de “Questões e problemas”, no final dos capítulos 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 e 14, e os projetos de CPLD desenvolvidos nesses capítulos podem ser indicados como exercício de laboratório que resulte na programação e nos testes do CPLD real.

Os arquivos de circuito Multisim® permitem a prática de diagnóstico e solução de problemas. Para este livro e o manual de laboratório, utilizam-se as versões 5, 8 e 9.

Os arquivos Quartus® fornecem exemplos de como programar utilizando VHDL e também podem ser utilizados como projetos de laboratório.

C A P Í T U L O

OBJETIVOS

Após a conclusão deste capítulo, você deverá ser capaz de:

■ Contar em binário, octal, hexadecimal e decimal codificado em binário (BCD).

■ Converter decimal em binário e binário em decimal.

■ Converter binário em octal e octal em binário.

■ Converter binário em hexadecimal e hexadecimal em binário.

■ Converter decimal em BCD e BCD em decimal.

■ Adicionar e subtrair números binários.

 TERMOS-CHAVE

1

Sistemas Numéricos

decimal codificado em binário (BCD) diodo emissor de luz (LED)

1.1

M

SISTEMA NUMÉRICO BINÁRIO

A eletrônica digital utiliza de forma extensiva o sistema numérico binário, pois o sistema biná-rio utiliza somente dois dígitos, 1 e 0. Os dígitos binábiná-rios são utilizados para representar os dois níveis de tensão utilizados na eletrônica digital, ALTO ou BAIXO. Na maioria dos sistemas digi-tais, um nível alto de tensão é representado por 1, e um nível baixo ou zero volt de tensão é re-presentado por 0. Um interruptor, uma luz ou um transistor pode estar ligado e seu estado pode ser representado por 1, ou desligado e ser representado por 0. Um número decimal, como 32, pre-cisa ser convertido para o formato binário e representado por “uns” e “zeros” antes de poder ser manipulado por um computador digital.

Como utilizamos o sistema numérico decimal em nosso dia a dia, estamos mais familiariza-dos com ele. Antes de tudo, examinaremos uma característica do sistema numérico decimal e, a seguir, iremos compará-lo com o sistema binário. No sistema decimal, trabalhamos com dez dí-gitos diferentes, zero a nove. Esses dez dídí-gitos fazem do sistema decimal um sistema de base dez. No sistema binário, trabalhamos com dois dígitos diferentes, 0 e 1. Esses dois dígitos fazem do sistema binário um sistema de base dois.

Para contar no sistema decimal, começamos na primeira coluna ou casa decimal com 0 e con-tamos de forma ascendente até 9. Quando atingimos o máximo valor na primeira casa (conta-gem completa), reinicializamos a coluna com 0 e adicionamos 1 na próxima coluna à esquerda. Após o 9, vem o 10. Agora, a primeira coluna pode ser novamente alterada a partir de 0. Após o 10, vêm o 11, o 12, o 13 etc. Quando a primeira coluna estiver novamente completa, reiniciali-zamos para 0 e adicionamos 1 na próxima coluna à esquerda. Após o 19, vem o 20. Quando as duas colunas estiverem completas, ambas serão reinicializadas para 0 e adicionamos 1 na próxima coluna à esquerda. Após o 99, vem o 100.

Para contar em binário, começamos na primeira coluna ou casa binária com 0 e contamos de forma ascendente até 1. A primeira coluna está completa. Reinicializamos e adicionamos 1 na próxima casa binária à esquerda. Após o 0, vêm o 1 e o 10. Agora, a primeira coluna pode ser no-vamente alterada a partir de 0. Após o 10, vem o 11. Ambas as colunas estão completas. Reini-cializamos ambas e adicionamos 1 na próxima casa binária à esquerda. Após o 11, vem o 100. Agora a primeira coluna pode ser alterada novamente. Após o 100, vêm 101, 110, 111, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101 e assim por diante. Contando em binário, temos:

0

1 A primeira coluna está completa.

10 Reinicializa e adiciona 1 na segunda coluna. 11 As primeiras duas colunas estão completas. 100 Reinicializa e adiciona 1 na terceira coluna. 101

110

111 As primeiras três colunas estão “completas”. 1000 Reinicializa e adiciona 1 na quarta coluna. 1001

1010

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Cengage Learning Brasil

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catálogo

Eletrônica Digital

tradução da 5

edição norte-americana

Este livro oferece abordagem prática e de fácil compreensão dos fundamentos básicos

de projeto digital, com informações sobre o hardware necessário para a implementação

do projeto e a linguagem VHDL para programação de dispositivos PLD.

Traz também informações completas de conceitos de programação básica para

microprocessadores e microcontroladores, com abordagem atualizada das subfamílias

CMOS e pacotes de CI, que refletem as mais recentes mudanças do setor. Um livro de

destaque em sua categoria,

inclui laboratórios práticos e simu lados

por computador MultiSIM

_{, além de oferecer aos usuários oportunidades de aplicação}

da teoria em situações reais, assim como a familiarização com a tecnologia de

simulação de computadores.

Recursos

Os

, ao final de cada capítulo, permitem que os alunos

utilizem várias abordagens na construção e análise de circuitos, projeto e teste de

circuitos, diagnóstico e correção de falhas e implementação de circuitos em um CPLD

para ajudar a solidificar os conceitos.

Muitos capítulos utilizam circuitos MultiSIM

_{para diagnóstico e correção de falhas}

para que os estudantes adquiram experiência prática durante o desenvolvimento de

habilidades de raciocínio analítico.

As seções

e

apresentam cir cuitos

e cenários projetados no setor para ilustrar os conceitos dos capítulos.

A abordagem adicional sobre programação de dispositivos lógicos programáveis

complexos (CPLD), utilizando linguagem VHDL, permitirá que os leitores/estudantes

adquiram experiência valiosa nessa poderosa linguagem padrão de programação. Os

programas em VHDL são criados, compilados, simulados e transferidos por

,

utilizando o sistema de desenvolvimento Quartus II da Altera.

Aplicações

Obra indicada para as disciplinas eletrônica digital e eletrônica básica dos cursos

de Engenharia. Embora o conteúdo do livro seja relativamente abrangente, pode ser

recomendado para leitura complementar em cursos técnicos de Eletrônica.

9 7 8 8 52 2 1 0 7 45 2

ISBN 13 978-85-221-0745-2 ISBN 10 85-221-0745-9

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