Relatórios de Práticas no LABORATORIO

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Sistemas Digitais

Relatórios de Práticas no

LABORATORIO

Aula 10 a 14

PROF. MSc. MÁRIO OLIVEIRA ORSI

PROF. MSc. CARLOS ALEXANDRE FERREIRA DE LIMA

MAIO 2014

Cod. Disc:_________ TURMA: _______ GRUPO:_______

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1. Projeto Final do Laboratório

Trata-se do projeto de uma calculadora BCD (Bynare Coded Decimal – Quatro bits representam um algarismo decimal) sendo dividido para a implementação em oito partes descritas abaixo e mostradas no diagrama de blocos funcionais Fig 1.

Projeto Final: Calculadora BCD 1a parte: Decodificador e Display

2a parte: Somador e Subtrator 3a parte: Correção BCD e Sinal

4a parte: Seletor

5a parte: Chaves sem Rebatimento – Pulso 1 e Pulso 2 6a parte: Contador BCD

7a parte: Gerador de Sinais de Controle 8a parte: Registrador A e B

O projeto deverá ser implementado por grupos de no máximo 5 alunos, observando que o relatório é sempre individual.

Fig 1 – CALCULADORA BCD DECODIFICADOR SELETOR 3:1 MONITOR GERADOR DE SINAIS DE CONTRÔLE PULSO 1 PULSO 2 SOMADOR / SUBTRATOR BCD MODO

+ / -

REG A REG B SINAL DISPLAY CONTADOR BCD

I

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AULA 10 - Projeto final etapa 4 (Seletor)

Objetivo: Circuitos Multiplexadores Digitais, e implementar seletor (etapa 4 do projeto final mostrado na figura 1) usando CIs 74153.

1. Fundamentos Teóricos: Referência Livro Texto: Capítulo 9.7 a 9.9

A figura 2 abaixo mostra o esquema de um mux 4:1 usando portas AND e OR e abaixo o mesmo circuito usando portas de 2 entradas (CI 7408 e 7432):

figura 1: figura 2:

Etapa 4

1.1 Um MUX 4:1 como mostrado na figura 2 pode ser simbolizado conforme a seguir: A ₁_A₀

S

0

0 I

0

1 I

1

0 I

2

1

1 I

3 MUX 4 : 1 I 0 I 1 I 2 I 3 A 0 A 1 Fig 1 – CALCULADORA BCD DECODIFICADOR SELETOR 3:1 MONITOR GERADOR DE SINAIS DE CONTRÔLE PULSO 1 PULSO 2 SOMADOR / SUBTRATOR BCD MODO + / - REG A REG B SINAL DISPLAY CONTADOR BCD I

Mux

4 X 1

I

0

I

1

I

2

I

3

S

A

1

A

0

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1.2 O CI 74153 possui (2) dois circuitos MUX 4X1 conforme layout mostrado a seguir:

Layout do CI 74153 (2 x MUX 4: 1)

Considerando que para o projeto do SELETOR temos que selecionar 3 rotas, sendo uma de cada vez para encaminhar os 4 bits do numero A, B e do resultado da Soma ou Subtração para decodificação no Display (da direita), e que cada CI só encaminha 2 bits para a suas duas saídas, então precisamos de 2 CIs 74153 (dois MULTIPLEX 4:1) que permitirá com a interconexão do respectivos endereços A1 A0 encaminhar em paralelo os 4 bits (cada mux 4:1 encaminha 1 bit).

CI 74153

2. Procedimentos Experimentais

2.1 Numerar o esquema abaixo de acordo com o layout do CI 74153 acima: 2.2 Usando o kit de montagem teste O MUX 1 e MUX 2 de dois CIs 74153:

TESTE DO MUX 1 e MUX 2: configure as entrada de dados e endereços na tabela conforme a seguir: coloque I0= 0(terra), I1=I2=I3= 1(não conectados) e A1 = 0 , A0 = 0 a saída será S1= S2 = I0 = 0 apaga o led.

Repetindo este procedimento para os outros valores de I0 , I1, I2, I3, e A1 e A0

I0 I1 I2 I3 A1 A0 IS1 IS2 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0

terra(0volts)

select

+5V strub _A0 Saída Mux 2

16 15 14 13 12 11 10 9

1 2 3 4 5 6 7 8

strub A1 Saída Mux 1

select 74153 I3 I2 I1 I0 I3 I2 I1 I0 A1 A0 S2 S1 Mux 1 4 X 1 Mux 2 4 X 1 I0 I1 I2 I3 I0 I1 I2 I3

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2.3 Esquematizar a seguir o seletor no modulo do projeto final definindo o encaminhamento dos endereços e desenhando as interconexões correspondentes (exemplo mostrado em aula), bem como colocando a NUMERAÇÃO dos pinos do CI 74153 conforme folha anterior e completando a numeração já definida para a saída do somador S3S2S1S0

2.4 Colocar os CIs 74153 no módulo do projeto e fazer apenas as ligações da alimentação incluindo os strubs conforme Layout e interligar os pinos de endereçamento dos dois CIs. A conclusão desta etapa será realizada no último laboratório (com a NUMERAÇÃO e interligação dos pinos final do seletor com o somador/subtrator e os registradores A e B. e Controle). Mux 1 4 X 1 A1 A0 Mux 2 4 X 1 A1 A0 Somador S3 S2 S1 S0 Reg A Q3 Q2 Q1 Q0 Reg B Q3 Q2 Q1 Q0 7448 6 - S3 2 - S2 1 - S1 7 - S0 decodificador Displays controle Q1 Q0 Mux 1 4 X 1 A1 A0 Mux 2 4 X 1 A1 A0 74153 74153

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AULA 11 - Projeto final etapa 5 (Pulso 1 e Pulso 2)

Objetivo: Implementação dos dispositivos Pulso 1 e Pulso 2 (chave sem rebatimento) que serão usados respectivamente com clocks (gatilhos) dos dispositivos contador BCD e gerador de sinais de controle conforme ilustrado na figura 1- etapa 6 abaixo.

1. Fundamentos Teóricos: Referência Livro Texto: Capítulo 5 Flip Flop SR – ativado e desativado com nível baixo: FF– S R

Exemplo de Aplicação: a) A trepidação de um contato mecânico gera múltiplas transições na tensão;

b) latch NAND usado para eliminar as múltiplas transições na tensão. Fig 1 – E T A P A 6 DECODIFICADOR SELETOR 3:1 MONITOR GERADOR DE SINAIS DE CONTRÔLE PULSO 1 PULSO 2 SOMADOR / SUBTRATOR BCD MODO + / - REG A REG B SINAL DISPLAY CONTADOR BCD I

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Os circuitos Pulso 1 e Pulso 2 são dois flip-flop SR (lath - NAND) como chave anti-rebatimento (debouncing – anti-ruido – sem-trepidação) conforme esquemas abaixo:

PULSO 1 PULSO 2

Testar o funcionamento do módulo ou kit de montagem.

Colocar dois CIs 7400 ( 4 portas NAND - layout abaixo) no módulo ou kit de montagem e testar as portas do CI (Aula 1).

Numerar

os esquemas acima de acordo com o layout fig abaixo.

Montar os circuitos dos esquemas numerados acima usando um CI 7400 para Pulso 1 e outro para o Pulso 2 no modulo do projeto final fazendo as interligações correspondentes.

1.1 Usar um fio ligado no terra (0 v – comum) para colocar níveis 0 ou 1 (em aberto) nas entradas e verificar a tabela verdade abaixo:

Fazer na sequencia S R Q Q 1 1 X X liga = imprevisível 1 0 0 1 Resetado 1 1 0 1 Repouso 0 1 1 0 Setado 1 1 1 0 Repouso 0 0 1 1 proibido 1 1 ? ? assume qq estado _{1 2 3}

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AULA 12

Projeto final etapa 6 (Contador BCD)

Objetivo: Implementar um dispositivo que execute a contagem de 0 a 9 (BCD) para introdução dos números A e B na Calculadora BCD (figura 1 – etapa 6) e um contador que conte na seqüência 0-1-2-3-0

1 Fundamentos Teóricos: Referência Livro Texto: Capítulo 5

1.1 Dispositivos de Memória: CI 74LS76 (FF JK - ME) e CI 7490 contador de década

1.1.1 Experiencia 1: Completar o Esquema abaixo para projetar um circuito Contador

assíncrono modulo 4 (0-3) com flip-flop FF JK – ME, (conforme exemplo mostrado

em aula) e Numerando os esquemas envolvidos conforme os pinos no layout do CI 74LS76 e 74LS00. Fig 1 – E T A P A 6 DECODIFICADOR SELETOR 3:1 MONITOR GERADOR DE SINAIS DE CONTRÔLE PULSO 1 PULSO 2 SOMADOR / SUBTRATOR BCD MODO + / - REG A REG B SINAL DISPLAY CONTADOR BCD I Q0 Q1 pr1 cl1 pr0 cl0 Q0 Q1 ck1 J1 Ck0 J0 K0 K1 74LS76 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 13 V c c Q1 Q0 Q1 Q0 K1 _K0 J1 _J0

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O circuito acima pode ser usado como Gerador de Sinais de Controle no Projeto, entretanto vamos usar o Contador Síncrono a ser Projetado na 8a etapa.

Para o simular o teste do circuito siga a sequencia da tabela para cada transição negativa

de clock.

Lay out – CI 7476

1.1.2 Experiência 2: Esquematizar usando FF-JK – ME, um contador de faixa (0-9)

assíncrono completando o desenho (conforme exemplo mostrado em aula) e Numerando o esquema conforme os pinos layout do CI 74LS76 acima.

Para o simular o teste do circuito siga a sequencia da tabela para cada transição negativa

de clock.

Questão1:

Descreva á seguir quais são e quantos são os CIs que utilizados para este projeto (contador de faixa (0-9) assíncrono) CI quantidade --- --- --- --- --- --- Q0 Q1 pr1 cl1 pr0 cl0 Q0 Q1 ck1 J1 Ck0 J0 K0 K1 74LS76 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 13 V c c Ck S1 S0

sem 0 0 0 inicio --> clear = 0 0 0 0 clock em 1 Hz 0 1 1 1 0 2 1 1 3 0 0 0 comb. Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 Q 1 Q 0 Q1 Q0 K 1 K 0 J 1 J₀ Q 1 Q 0 Q3 Q2 K 1 K 0 J 1 J₀

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OBSERVAÇÃO: Para o Projeto final etapa 6 Contador BCD Usaremos um Contador de década do CI 74192 (LAYOUT ABAIXO)

SIMBOLO LOGICO: CI 74192

1.1.3 Numere o desenho do esquema conforme Layout do CI 74192 e interligue com circuito Pulso 1 (etapa 5) repetindo a numeração dos pinos (CI 7400 )

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1 Procedimentos Experimentais

1.1 Testar o funcionamento do módulo ou kit de montagem.

1.2 Testar o Contador assíncrono modulo 4 (0 a 3) verificando a tabela verdade correspondente.

1.3 Monte o circuito esquematizado no item 1.1.3 contador BCD (CI 74192) no modulo do projeto final, interligando Q3 Q2 Q1 Q0 respectivamente aos pinos 6, 2, 1, 7 do dec BCD (7448) para visualização no Display.

1.4 Teste o contador BCD verificando a tabela verdade correspondente.

Verifique que o circuito dever seguir a sequencia da tabela para cada transição positiva de clock.

1.5 Complete o esquema para identificar as conexões do contador BCD (CI 74192) COM OS OUTROS CIRCUITOS NO PROJETO FINAL.(REG A e B da aula 14 do laboratório)

comb. Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 REG B ( ) ( ) ( ) ( ) REG A ( ) ( ) ( ) ( )

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AULA 13 Projeto final etapa 7(Gerador de sinais de controle)

Objetivo: Implementar o circuito gerador de sinais de controle através do projeto de um contador síncrono (faixa 0-1-2-0) usando o CI 7476 (2 x FF – JK – ME)

1. Fundamentos Teóricos: Referência Livro Texto: Capítulo 5.16 a 5.18; 7.15, 7.18 a 7.22

GERADOR DE SINAIS DE CONTROLE  CONTADOR SINCRONO DE (0 a 2)

fig 1 etapa 7

Projeto para um contador síncrono: Seqüência 0-1-2-0:

PASSO 1: Descrever a seguir o correspondente Diagrama de Estados da

sequencia

e a Solução: usando

mapa de Karnough duas variáveis

SINAL DISPLAY DECODIFICADOR MONITORES SOMADOR / SUBTRATOR REG B PULSOS 2 GERADORES DOS SINAIS DE CONTROLE PULSOS 1 CONTADOR BCD REG A SELETOR 3:1 BCD MODO ` +/-Gerador de Sinais de controle

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PASSO 2: Esquematizar a solução: fazendo as interconexões segundo os valores

encontrados para J1, K1, J0, K0 e Numerando o desenho abaixo conforme os pinos do layout do CI 7476 e a respectiva interligação com os pinos do reg a reg b e mux.

.

IMPORTANTE: Interligar o Clock de entrada Ck ao circuito Pulso 2 da Aula 11, bem

como aos endereços A1 e A0 mux da Aula 12 (indicando a numeração dos pinos correspondentes) E completando depois com a próxima etapa (projeto de reg a e reg b

Aula 14 ) a interligação respectiva.

2.1 Monte o circuito do esquema numerado no item 1.1 GERADOR DE SINAIS DE CONTROLE (CI 7476) no modulo do projeto final, interligando as saídas Q1 e Q0 a dois leds (circuito Monitor).

2.2 Testar o funcionamento do circuito Gerador de Sinais de Controle conferindo a visualização dos 3 (três) sinais de controle na seqüência 00-01-10-00 com os dois leds (circuito Monitor).

2.3 Observar as interligações necessárias de acordo o planejamento (fig 1).

PORTANTO O ESQUEMA DEVE SER COMPLETADO APÓS A PROXIMA AULA COM:

Q1  Vai p/ o clock do REG B, Q0  vai p/ o clock do REG A e as duas saídas Q1 Q0 vão como entradas de endereço A1 A0 dos Mux 4:1 do Seletor.

Q0 Q1 pr1 cl1 pr0 cl0 Q0 Q1 ck1 J1 Ck0 J0 K0 K1 74LS76 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 13 Vcc Pulso 2 7400 Q1 Q0 Q1 Q₀ K1 K0 J1 Ck 1 ₁ J0

REG B --ck SELETOR REG A- ck

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AULA 14 - Projeto final etapa 8 (Registrador A e B)

Objetivo: apresentar circuitos integrados 7475, execução da etapa 8 do trabalho final no modulo implantando os registradores A e B.

1. Fundamentos Teóricos: Referência Livro Texto: Capítulo 5.16 a 5.18; 7.15, 7.18 a 7.22 1.1 Registradores

 São dispositivos básicos de memória baseados em Flip – Flop tipo D podendo ter um clock acionado por nível conforme figura a seguir 

O CI 7475 – Layout abaixo possui QUATRO FLIP-FLOP TIPO D do modelo acima.

Ck

0 Desabilita

1 Habilita (enable)

copia o dado na saída QD

Q

D

_Q

2

Q

3

D

2

Q

0

Q

1

Q

3

C

k

2

D

0

Q

1

C

K1

D

1

Q

2

D

3

Q

0 16

15

14

13

12

11

10

9

1

2

3

4

5

6

7

8

5

7475

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 Um registrador estático de 4 (quatro) bits pode ser construído com uso de 4 (quatro) FF- D síncronos do CI 7475 bastando interligar os respectivos Clocks que por sua vez já são interligados dois a dois conforme o layout do CI acima:

1.2 Completar o esquema a seguir para descrever o projeto de um Registrador estático de 4 bits. (4 FF – D com CK síncrono).

1.3 Numerar o esquema abaixo conforme os pinos do layout do CI 7475 folha anterior: 1.4 Para concluir o projeto do registrador Interligue os Clocks 1 e 2 no esquema abaixo.

Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 NC NC NC NC Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 Ck 2 D D D D Ck 2 Ck 1 Ck 1 _Q₂ Q3 D 2 Q 0 Q 1 Q 3 C k 2 D 0 Q 1 C K1 D1 Q2 D3 Q0 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 5 7475

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1.5 O PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

montagem e teste deste Registrador conectando as saídas ao ci do decodificador/ display.

1.6 Esquematizar os circuitos para o Registrador A e B desenhando todas as interligações conforme planejamento Fig 1 e as etapas anteriores.

1.6.1 Esquematizar o circuito para o Registrador A,

numerando e interligando adequadamente:

7475 7490 Fig 1 – E T A P A 8 DECODIFICADOR SELETOR 3:1 MONITOR GERADOR DE SINAIS DE CONTRÔLE PULSO 1 PULSO 2 SOMADOR / SUBTRATOR BCD MODO + / - REG A REG B SINAL DISPLAY CONTADOR BCD I contador Q3 Q2 Q1 Q0 _{Somador 7}₄₈₃ A ₃ A 2 A 1 A 0 ULA 74181 Mux 1 4 X 1 A1 A0 Mux 2 4 X 1 A1 A0 Mux 1 4 X 1 A1 A0 Mux 2 4 X 1 A1 A0 74153 74153 = + 5 V = terra 5 12 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 NC NC NC NC Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 Ck = D D D D 1 Habilita 0 DESABILITA Controle * Q 1 Q 0

* Lembrar da definição do seletor: Q1 Q0 = A1 A0 (seletor)

0 0  (soma / subtração) 0 1  REG A

1 0  REG B

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1.6.2 Esquematizar o circuito para o Registrador B, numerando e interligando adequadamente

7475

7490

2 Procedimentos Experimentais

2.1 Testar o funcionamento do módulo ou kit de montagem.

2.2 Montar no modulo 8810 ou Kit de montagem e testar os Dois CIs 7475.

2.3 Monte o circuito do esquema numerado no item 1.5.1 e 1.5.2 no modulo do projeto final, fazendo todas as interligações previstas voltando na etapa 4 para completar as conexões do seletor. contador Q3 Q2 Q1 Q0 Somador 7483 A3 A2 A1 A0 ULA 74181 Mux 1 4 X 1 A1 A0 Mux 2 4 X 1 A1 A0 Mux 1 4 X 1 A1 A0 Mux 2 4 X 1 A1 A0 74153 74153 = + 5 V = terra 5 12 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 NC NC NC NC Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 Ck = D D D D 1 Habilita 0 DESABILITA Controle * Q1 Q0

T / C 7 4 86 B3 B2 B1 B0 UL A 7 4 1 81

* Lembrar da definição do seletor:

Q1 Q0 = A1 A0 (seletor)

0 0  (soma / subtração) 0 1  REG A

1 0  REG B o Ck aqui tem que ser

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Projeto Final Conclusão

1. Exercício: esquematizar um circuito com portas AND para que acenda os segmentos correspondentes do display da esquerda (negativo ou no 1) se e somente se o display da direita estiver mostrando o resultado.

Solução:

2. Esquematizar todas as interligações do projeto conforme o planejamento (da figura pág 3): Exemplo próxima pagina.

3. Desenhar um ESQUEMA COMPLETO DO PROJETO FINAL DO LABORATÓRIO Completando a numeração e interligando o Esquema de acordo com cada etapa.

SELETOR 3:1 10 10 1 00 00 01 01 1 Q1 Q0 SOMADOR / SUBTRATOR BCD ? g b c SELETOR 3:1 10 10 1 00 00 01 01 1 Q1 Q0 ? g b c SELETOR 3:1 SELETOR 3:1 SELETOR 3:1 REG A CONTADOR BCD 10 10 1 10 10 1 10 10 1 00 00 00 00 00 00 01 01 1 01 01 1 01 01 1 01 01 1 Q1 Q1 Q0 Q0 MODO + / -DISPLAY ? g b c SINAL( g ) ESTOURO ( b e c ) GERADOR DOS SINAIS DE CONTROLE MONITORES PULSOS 1 PULSOS 2 REG B DECODIFICADOR Ck 11 1 6 14 10 Ck Q1 Q0 Ck g f a b e d c . g f a b e d c . g f a b e d c . estouro sinal

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4. CONCLUSÃO: Executar todas as conexões necessárias e testar o projeto

FAZENDO UMA SIMILAÇÃO.

5. Fazer um LAY OUT FÍSICO DO PROJETO INDICANDO EM TODOS OS ESQUEMAS de cada ETAPA a POSIÇÃO DOS CIs (principalmente dos

duplicados) conforme sugestão no Anexo a seguir

g f a b e d c . g f a b e d c . g f a b e d c . f g a b c d e 15 14 13 12 11 10 9 6 2 1 7 S3 S2 7448 Decodificador S1 S0 g f a b e d c . g f a b e d c . f g a b c d e 15 14 13 12 11 10 9 6 2 1 7 S3 S2 7448 Decodificador S1 S0 f g a b c d e 15 14 13 12 11 10 9 6 2 1 7 S3 S2 7448 Decodificador S1 S0 11 8 9 12 14 Q3 Q2 Q1 CONTADOR Q0 11 8 9 12 14 Q3 Q2 Q1 CONTADOR Q0 11 8 9 12 14 Q3 Q2 Q1 CONTADOR Q0 16 15 10 9 2 3 6 7 REG A 16 15 10 9 2 3 6 7 REG B 4 ₄ 16 15 10 9 2 3 6 7 16 15 10 9 2 3 6 7 REG B 4 ₄ S3 S2 S1 S0 S3 S2 S1 S0 ULA SOMADOR /SUBTRATOR A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 + / - No.Neg ULA SOMADOR /SUBTRATOR A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 + / - estouro NC NC 4 5 6 7 9 10 11 12 NC 214 2 14 4 5 6 7 2 14 9 10 11 12 214 NC NC NC 4 5 6 7 9 10 11 12 NC 214 2 14 4 5 6 7 2 14 9 10 11 12 214 NC b,c b,c g g b c g b c g g estouro no.neg Q1 Q0 Ck 11 1 6 14 10 Q1 Q0 Ck Q1 Q0 Ck 15

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SUGESTÃO DE LAY OUT FISICO DA CALCULADORA BCD