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Experimento 3:
FAMILIARIZAÇÃO COM O SOFTWARE CIRCUIT MAKER 2000
1 OBJETIVO
Aprender a utilizar o Editor de Esquemáticos e o
Simulador Lógico
Criar e simular os esquemáticos e macros de
projetos simples
2 INICIALIZAÇÃO DO SOFTWARE
Abra o Circuit Maker. A janela que aparecerá contém uma região para se desenhar o esquemático e, à esquerda da tela, a lista de componentes disponíveis. Para posicionar os componentes no esquemático, basta selecioná-lo nesta lista e clicar em “Place”. O símbolo acompanhará o mouse e basta clicar na posição desejada para que o mesmo seja posicionado lá. O arquivo inicial é automaticamente chamado de “untitled.ckt”. Para salvá-lo, basta clicar em “File” e “Save”, ou simplesmente clicar no ícone correspondente (com figura de disquete). Uma sugestão é salvar os projetos incluindo o número da experiência e o nome dos autores.
3 PORTA LÓGICA XOR
3.1 Esquemático
Na lista de componentes, selecione “Digital by Function” e posicione no esquemático 2 portas inversoras (“Gates Inverters”, 7404), 2 portas AND2 (“Gates AND”, 7408) e 1 porta OR (“Gates OR”, 7432), de acordo com a disposição da Figura 1. Para adicionar os fios, clique no botão “+” e depois nos terminais dos componentes que se quer conectar. Se quiser interromper um fio antes de se chegar a um terminal, clique duas vezes com o botão esquerdo do mouse. Para adicionar os nomes dos terminais (X, Y e Z), use a ferramenta “Text Tool” com Alt+T ou usando o ícone “A”.
Uma sugestão é mostrar o número dos pinos nas portas, de maneira a se facilitar o posicionamento dos fios na implementação do circuito com os chips. Para isso, clique em “Options”, e em “Schematic Display Data”. Em seguida, selecione a opção “Show Pin Numbers”. X Y Z 1 2 3 U3A 4 5 6 U2B 1 2 3 U2A 3 4 U1B 1 2 U1A
Figura 1 – Esquemático da porta XOR de 2 entradas
Para simular o esquemático, deve-se adicionar chaves nas entradas e um led na saída. Na lista de componentes, vá em “Digital” e, em seguida, “Power” e selecione “Logic Switch”. Acrescente duas chaves para as entradas X e Y. Para adicionar o led na saída Z, vá em “Digital Animated” e selecione “Displays” e “Logic Display”.
3.2 Simulação
Para verificar se o seu circuito está de fato funcionando, você deve simulá-lo. Como este circuito é bem simples e só possui duas entradas, pode-se verificar as combinações das mesmas, que são apenas 4, conforme mostra a Tabela 1. No menu principal, selecione “Simulation” e, em seguida,
“Digital Mode”. Ainda em “Simulation”, selecione a opção “Trace”. Esta opção muda a cor do fio de acordo com o nível lógico do mesmo. Finalmente, no menu “Simulation”, selecione “Run” e verifique a Tabela 1 variando as entradas e observando o led na saída Z (Figura 2).
Tabela 1 - Tabela Verdade da Função XOR X Y Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
2 1 Y 0V 1 X 5V 1 Z 1 2 3 U3A 4 5 6 U2B 1 2 3 U2A 3 4 U1B 1 2 U1A
Figura 2 - Simulação da Porta XOR
3.3 Criação de uma Macro
A melhor forma de usar um esquemático dentro de outro esquemático é criando um símbolo macro. Para criar uma macro da porta XOR que você acabou de desenhar, apague os instrumentos de teste (chaves e leds). Em seguida, clique em “Macros” e “New Macro”. Selecione “Sim” para incluir o circuito na macro.
Digite o nome da nova macro (XOR_2) e o número de portas XOR por encapsulamento (2), e clique OK. A janela “Symbol Editor” aparecerá. No botão “Add Package”, selecione DIP, digite o número de pins per package (3), clique em “Add Pkg” e posicione o símbolo na tela utilizando o mouse. Após escolher a posição, clique com o botão esquerdo do mouse.
No quadrado “Element List”, apague o pino P4. Selecione os pinos P1, P2 e P3 com o mouse, usando Shift, e clique em “Copy”. No quadrado “Edit Buffer”, mude o nome dos pinos P1, P2 e P3 para X, Y, Z, respectivamente. Em seguida, clique em “Replace” e, em seguida, OK. Você irá retornar para a tela onde estava o circuito da porta XOR.
Posicione a macro na tela clicando com o mouse. Em seguida conecte os pinos X,Y e Z do circuito aos pinos correspondentes da macro. Clique no menu “Macros” e em “Macro Utilities”. No quadrado “Major Device Class” selecione “User Defined”, que é a biblioteca na qual a sua macro será salva, e no quadrado “Minor Device Class”, digite “XOR”. Finalmente, clique em “Save Macro”. Pronto, você criou um componente chamado XOR_2, como pode ser visto na Figura 3.
XOR_2 15 262 373 1 2 3 U3A 4 5 6 U2B 1 2 3 U2A 3 4 U1B 1 2 U1A
Figura 3 - Criação da Macro da Porta XOR
Verifique o funcionamento da macro que você acabou de criar utilizando o mesmo procedimento visto na simulação. Observe que, na lista de componentes, foi criada uma pasta com o nome XOR na biblioteca “User Defined”. A macro XOR_2 se encontra nesta pasta. Caso queira simular uma macro em outro computador, é necessário copiar o arquivo User.lib (normalmente localizado no diretório C:\Program Files\CircuitMaker 2000 Trial), pois
neste arquivo existe a descrição dos elementos da biblioteca “User Defined”.
1 V2 0V 1 V1 5V 1 L1 XOR_2 15 262 373 U1A
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4 SOMADOR COMPLETO
4.1 Esquemático e Simulação
Crie um novo esquemático chamado “Somador Completo” usando a Figura 5 como guia. Você irá usar a macro da porta XOR criada anteriormente. As entradas são A, B, e CIN (“vai um antecipado”) e as saídas são S e COUT (“vai um”). Depois de criar o esquemático, salve-o e simule-o colocando uma chave em cada entrada e leds nas saídas do circuito. Verifique a Tabela 2.
Tabela 2 - Tabela Verdade do Somador Completo A B Cin S Cout 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 B 0V 1 A 0V 1 Cin 0V 1 S 1 Cout XOR_2 X Y Z 15P2 P326 U3B 4 5 6 U2B 1 2 3 U2A 10 9 8 U1C 4 5 6 U1B 1 2 3 U1A XOR_2 15X 26Y Z37 15P2 P326 U3A
Figura 5 - Somador Completo Usando a Macro XOR
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4.2 Criação da Macro
Para criar a macro do somador completo, substitua as macros XOR_2 do circuito da Figura 5 pelas portas originais 7486. Em seguida, siga os mesmos passos descritos no item 3.3.
Figura 7 - Teste da Macro do Somador Completo
5 SOMADOR DE 3 BITS
5.1 Esquemático e Simulação
Crie um novo esquemático chamado
“Somador3” usando a Figura 8 como guia. Neste esquemático você vai usar barramentos. Um barramento é um conjunto de sinais (bits) que
formam uma palavra. Ele é representado por um fio mais grosso do que os fios comuns. Quando usamos um barramento, faz parte da convenção chamar o nome do barramento de bus_name[X:Y], onde bus_name é o nome da variável e X é o bit mais significativo e Y é o bit menos significativo. Sinais
individuais no barramento são chamados
bus_nameN, onde N está entre X e Y. Sinais individuais podem ser acessados por um fio comum partindo do barramento até um terminal. Para desenhar um barramento, selecione a ferramenta “Wire Tool”. Aperte a tecla Shift, clique com o botão esquerdo do mouse no ponto de início do barramento, solte o botão e arraste o mouse até o ponto final do barramento. Então, clique duas vezes com botão esquerdo do mouse. Na janela que aparecerá, digite o nome do barramento (por exemplo, B20). Observe que, quando você for conectar um fio ao barramento (por exemplo, B0), aparecerá uma janela para nomear esse fio.
Cin 1 Cout 1 S2 1 S1 1 S0 1 B2 1 A2 1 B1 1 A1 1 B0 1 A0 1 FullAdder 17Cin 28A 39B Cout410 511 S U2A FullAdder Cin A B Cout S U1B FullAdder 17Cin 28A 39B Cout410 511 S U1A 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 32 21 1 9CP1 10 CP2 Data Seq DS1 S2 S1 S0 B2 A2 B1 A1 B0 A0 A0 B0 A1 B1 A2 B2 S20 A20 B20 A20 S20 B20
Figura 8 - Somador de 3 bits
Nesta simulação, você vai usar um intrumento chamado “Data Seq”, ao invés das
chaves. Para adicioná-lo, vá em “Digital”,
“Instruments” e “Data Seq”. Clique duas vezes em cima do CI Data Seq. Ajuste “Start Address=1”, “Stop Address=32”, “Tick Increment=14”. Clique em “Pattern” e selecione a seqüência “Count Up” e “Increment=1”. Clique OK. O “Tick Increment” deve
ser sempre maior do que o valor máximo do atraso das portas.
Você pode utilizar o “Trace” para verificar os níveis lógicos das entradas e saídas e apertando a tecla F9 (Step). Observe também o atraso das portas. Outra opção é utilizar um instrumento chamado
“Scope”. Na lista de dispositivos, escolha
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SCOPE em cada entrada e em cada saída. Com isso, pode-se observar as formas de onda nesses pontos. No menu “View”, selecione “Split Horizontal”. Assim, é possível observar o esquemático e as formas de onda simultaneamente. Observe que, ao rodar a simulação, as formas de onda mudam muito rapidamente. Para diminuir a velocidade de simulação, mude o “Speed” para 1. Mantenha o “Step Size = 1”, “Units” em Ticks e “X Magnification = 8”.
Faça algumas somas entre números de 3 bits e observe se o circuito está funcionando corretamente.
Obs: Foi verificado que quando incluímos mais de uma macro no circuito, a simulação nem sempre funciona adequadamente. Portanto, para um circuito composto de vários blocos, inclua um bloco de cada vez, testando o circuito para cada novo bloco. Quando o circuito não funcionar, substitua a macro por uma cópia do circuito original.
6 GERADOR DE PULSOS
6.1 Esquemático e simulação
Crie um novo esquemático chamado
“GeradorDePulsos” usando a Figura 9 como guia. Neste esquemático você vai usar um gerador de pulsos. O gerador de pulsos oscila entre o bit 1 e 0 periódicamente. Para adicionar o gerador de pulsos, vá ao menu “Digital”, “Instruments” e “Pulser”. Para testar o funcionamento do gerador de pulsos, acrescente um led a cada saída do gerador de pulsos e inicie a simulação. Durante a simulação, aumente e diminua o valor da variável “Speed” no menu “Digital” localizado à esquerda do circuito.
Figura 9 - Teste do gerador de pulsos
A seguir, monte o circuito apresentado na Figura 10. Calcule as tabelas verdades do circuito para as saídas 1 e 0 do gerador de função. Verifique o comportamento do circuito na simulação do circuitmaker e compare com as tabelas verdades que foram encontradas.
Para compreender melhor o que está ocorrendo na simulação, utilize o modo de simulação “Step”, que pode ser encontrado no menu “Simulação”, na barra de ferramentas, ao lado do botão “Run Digital Simulation” ou pela tecla “F9”.
7 INSTRUÇÕES PARA A REALIZAÇÃO DO
EXPERIMENTO
7.1 Pré-relatório
Faça a leitura deste roteiro em casa. Acesse o Moodle da disciplina e faça download do software CircuitMaker. A seguir, instale-o em seu computador pessoal. Traga uma cópia impressa deste roteiro. 7.2 Realização do experimento
Cada grupo deve seguir o procedimento apresentado do item 2 ao item 6 deste roteiro. Devem ser apresentados os resultados obtidos ao final dos itens 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 5.1 e 6.1, isto é, a simulação dos circuitos das Figuras 2, 4, 5, 7, 8 e 10. Cada um dos circuitos apresentados valerá 1/6 da nota do visto.
7.3 Relatório
Apresente um breve relatório individual descrevendo resumidamente o experimento. Aborde necessariamente os seguintes tópicos:
Porque é importante simular um circuito?
Qual o comportamento do gerador de pulsos em
relação à variável “Speed”? (item 6.1)
Qual a vantagem de se utilizar Macros? Em
quais ocasiões elas são mais úteis? (item 3.3)
Qual a vantagem de se usar barramentos? Em
quais ocasiões eles são mais úteis? (item 5.1)
U4A U3A U2A U1B U1A L1 +V V2 10V CP1 CP2 Q1 Q2 V1
