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Conjunto Didático de Eletrônica Digital

Apostila de Treinamento

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Apostila de Treinamento de Eletrônica Digital Erick Marquardt de Araújo Esta apostila é parte integrante do Conjunto Didático de Eletrônica Digital, e utiliza módulos deste equipamento para a realização dos ensaios. Para maiores informações entre em contato com a Bit9 [email protected] (11) 2292-1237

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Apostila de Treinamento Sumário Experiência 1: Portas Lógicas I ....................................................................... 4 Experiência 2: Portas Lógicas II .................................................................... 14 Experiência 3: Sistemas Numéricos e Comparador de Magnitude ............... 24 Experiência 4: Unidade Lógica Aritmética ..................................................... 34 Experiência 5: Display de 7segmentos e Matriz de Pontos........................... 42 Experiência 6: Flip-flops ................................................................................ 52 Experiência 7: Contadores Assíncronos ....................................................... 60 Experiência 8: Contadores Síncronos e Código Gray ................................... 68 Experiência 9: Latch e Buffer ........................................................................ 76 Experiência 10: Registrador de Deslocamento ............................................. 84 Experiência 11: Decodificador BCD-Decimal e Decimal-BCD ...................... 90 Experiência 12: Memória RAM ...................................................................... 96 Experiência 13: Conversor D/A ................................................................... 106 Experiência 14: Conversor A/D ................................................................... 114 Experiência 15: Multiplexadores e Demultiplexadores ................................ 122

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Experiência 1: Portas Lógicas I Objetivo 

Estudar as características elétricas das portas lógicas;



Estudar as principais operações booleanas;



Projetar e montar um circuito combinacional utilizando portas lógicas.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED50 – Portas Lógicas



Cabos banana

Introdução Uma das pedras fundamentais da eletrônica digital é a álgebra booleana, que recebe este nome em homenagem a seu criador, o matemático inglês George Boole. O que faz desta álgebra tão especial, é que ela define um conjunto de operações realizadas com elementos (ou operandos) que só podem assumir valores 0 (zero) e 1 (um), servindo perfeitamente aos propósitos da eletrônica digital.

Como sabemos, em eletrônica digital, um determinado sinal, seja de entrada ou saída, apenas pode assumir um de dois estados lógicos existentes: o nível alto (convencionalmente

associado

ao

valor

numérico

1)

e

o

nível

baixo

(convencionalmente associado ao valor numérico 0).

Embora na teoria seja bastante simples distinguir entre um valor e outro, infelizmente na prática isso nem sempre é verdade. Afinal, em um circuito digital, estes níveis lógicos são representados por valores de tensão. Em circuitos bem dimensionados e com pouca incidência de ruídos poderemos facilmente encontrar sinais digitais com tensão de 5V, para nível alto, e 0V para nível baixo, não havendo qualquer ambigüidade. Mas e se tivermos um sinal com 2,5V, que nível será que ele representa?

Pois bem, diferentes famílias de circuitos digitais interpretam estes níveis intermediários de maneiras distintas. Quando dizemos famílias de circuitos digitais nos referimos ao tipo de arquitetura que é empregada na confecção do circuito CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

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Apostila de Treinamento integrado. Uma das famílias mais difundidas, e também uma das primeiras a ser comercializada em larga escala é a família TTL (Transistor-Transitor Logic), em que todo circuito digital é construído com associação de transistores. Outra família bem conhecida é a família CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), cujos circuitos lógicos são construídos com transistores do tipo MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), transistores mais sofisticados, que apresentam menor dissipação de potência e maior capacidade de integração.

Neste momento, mais importante que entender a característica estrutural de cada família, é entender os diferentes limites de tensão que definem cada nível lógico. Estes limites de tensão são trazidos nos manuais dos componentes, nos campos mostrados abaixo, e são diferentes para entrada e saída do dispositivo (geralmente os limites de entrada são mais permissivos que os limites de saída, com o intuito de reduzir problemas na interligação de dispositivos):

Campo VIL

Descrição Tensão máxima permitida na entrada, para que o sinal seja interpretado como nível baixo

VIH

Tensão mínima permitida na entrada, para o que o sinal seja interpretado como nível alto

VOL

Tensão máxima presente na saída do dispositivo, quando esta estiver em nível baixo

VOH

Tensão mínima presente na saída do dispositivo, quando esta estiver em nível baixo

Nota: Os limites de saída (VOH e VOL) dependem da intensidade de corrente que é drenada pelo dispositivo (quando sua saída está em nível baixo) ou fornecida por ele (quando sua saída está em nível alto). Afinal, estando, por exemplo, a saída do dispositivo em nível alto, é de se esperar que se acoplando uma carga de baixa resistência (drenando mais corrente) o valor de VOH seja reduzido. Portanto, os manuais geralmente trazem estes valores para um determinado valor de corrente utilizado no ensaio. A capacidade de fornecer, ou drenar, corrente por um dispositivo digital é freqüentemente referenciado como “fan-out” do dispositivo.

Esses limites ficam mais claros quando são representados em uma representação gráfica, como a mostrada a seguir. Note que para cada família, existe certo intervalo marcado como “indeterminado”, neste intervalo o dispositivo está operando fora de

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Apostila de Treinamento especificação, e pode tanto interpretar o valor em sua entrada como sendo nível alto ou baixo, por essa razão, sinais nestes intervalos devem ser evitados.

Família TTL Entrada

Família CMOS

Saída

Entrada VIH

Valor 1

VOH

VOH

Saída Valor 1

Valor 1

Valor 1

4,4V

3,5V

VIH

Indeterm.

2,4V

Indeterm.

2,0V

Indeterm.

1,5V

Indeterm. VIL

0,8V VIL

Valor 0

Valor 0 VOL

Valor 0

0,4V

Valor 0

0,4V

VOL

Assim, respondendo a pergunta que fizemos antes, um sinal de 2,5V seria interpretado como nível alto, caso estivéssemos trabalhando com a família TTL e seria indeterminado, caso estivéssemos trabalhando com a família CMOS.

Até este ponto, falamos de circuitos digitais sem dizer exatamente qual a função deles. Fato é que existe no mercado uma verdadeira miríade de componentes digitais com funções específicas, mas certamente entre os mais simples estão as portas lógicas. Afinal, foi através delas que a eletrônica digital de popularizou e eram com elas que os mais complexos circuitos digitais eram construídos nas décadas de 70 e 80.

Como dissemos antes, na base da eletrônica digital está a álgebra boolena. Esta álgebra define operações fundamentais realizadas com elementos binários (que apresentam apenas dois possíveis valores, 0 ou 1). Entre as operações mais conhecidas estão a operação E, OU e NÂO; também conhecidas por seus nomes em inglês: AND, OR, NOT. Pois bem, uma porta lógica é justamente um circuito digital que realiza uma destas operações. A seguir temos a representação gráfica de cada uma das portas lógicas com sua respectiva Tabela da Verdade, que é a tabela que diz qual o valor da saída da porta para cada uma das combinações possíveis na entrada.

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Apostila de Treinamento Porta E

A S B

Porta OU

A S B

A

B

S

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

A

B

S

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

Porta NOT

A

S

Porta NE

A S B

A

S

0

1

1

0

A

B

S

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Porta NOU

A S B

A

B

S

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

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Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência vamos verificar o funcionamento de algumas portas lógicas e construir um circuito combinacional.

Exemplo de aplicação: As portas lógicas têm um vasto campo de aplicação, são peças elementares em qualquer circuito digital, sendo a base para construção de circuitos somadores, ULAs, circuitos seqüenciais e até microprocessadores.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Vamos levantar a tabela da verdade de cada uma das portas. Para isso, alterne o estado das chaves, a fim de reproduzir cada um dos estados da tabela da verdade, e marque o estado presente na saída da porta:

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Apostila de Treinamento Porta OU

Porta E A

B

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

A

B

0

S

Porta NOU

Porta NE A

B

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

A

B

0

S

S

S

3. Altere as ligações para o esquema mostrado a seguir:

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Apostila de Treinamento 4. Preencha as tabelas da verdade abaixo, alterando o estado dos geradores de pulso e observando o estado da saída das portas.

Porta E AB

S

Porta OU AB

S

Porta NE AB

S

Porta NOU AB

0

0

0

0

1

1

1

1

S

5. Note que na ligação realizada que ambas as entradas das portas lógicas E e OU estão curto-circuitadas. Como a saída destas portas se comporta neste tipo de ligação?

6. Note que na ligação realizada que ambas as entradas das portas lógicas NE e NOU estão curto-circuitadas. Como a saída destas portas se comporta neste tipo de ligação?

7. Uma operação boolena bastante comum é a conhecida como OU-Exclusivo, abreviada como XOU. Nesta operação o resultado é 1, apenas quando uma das entradas está em valor alto, e zero quando ambas as entradas estão em 0 ou 1.

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Apostila de Treinamento Escreva abaixo como seria a tabela da verdade desta operação e sua expressão booleana.

Porta XOU A

B

0

0

0

1

1

0

1

1

S

8. Com base nos dados do exercício anterior, mostre como seria o digrama lógico de um circuito que realiza a operação XOU:

9. Monte o circuito projetado no item anterior utilizando as portas lógicas do módulo MED50.

10. Levante a tabela da verdade do circuito projetado. E compare com a tabela esperada, que você preencheu no item 7.

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Apostila de Treinamento Porta XOU A

B

0

0

0

1

1

0

1

1

S

11 Cite uma aplicação possível para este tipo de operação.

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Apostila de Treinamento

Experiência 2: Portas Lógicas II Objetivo 

Estudar as características elétricas das portas lógicas;



Montar um circuito combinacional utilizando portas lógicas;



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED52 – Portas Lógicas



Multímetro ou Miliamperímetro



Osciloscópio



Cabos banana

Introdução Na experiência passada observamos o funcionamento de algumas portas lógicas, levantamos suas tabelas da verdade e chegamos a projetar e montar um circuito combinacional. Porém, falamos apenas brevemente das características elétricas das portas lógicas disponíveis no mercado.

Podemos separar essas características em dois grandes grupos, características DC (corrente contínua) e características AC (corrente alternada). Obviamente, tratandose de um circuito integrado digital, jamais podemos utilizar tensões AC da rede elétrica nestes dispositivos, quando nos referimos a características AC, queremos dizer que estamos dando ênfase ao comportamento deste dispositivo na presença de sinais pulsantes em suas entradas, ou seja, seu comportamento dinâmico. Já quando nos referimos características DC, estamos interessados nos limites elétricos do dispositivo em uma determinada condição de trabalho, ou seja, seu comportamento estacionário.

Na experiência passada, vimos um importante conjunto de características DC, as tensões VIH, VIL, VOH e VOL; que determinam os limites elétricos de cada nível lógico (1 ou 0) do dispositivo, Mas temos outras características elétricas que são detalhadas na tabela a seguir:

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Apostila de Treinamento Campo VIL

VIH

Descrição Tensão máxima permitida na entrada, para que o sinal seja interpretado como nível baixo Tensão mínima permitida na entrada, para o que o sinal seja interpretado como nível alto Tensão máxima presente na saída do dispositivo, quando esta estiver em

VOL

nível baixo. Este limite de tensão depende da corrente que está sendo drenada pelo dispositivo, por isso, os manuais de componentes especificam em que condições foram feitos os ensaios. Tensão mínima presente na saída do dispositivo, quando esta estiver em

VOH

nível baixo. Este limite de tensão depende da corrente que está sendo fornecida pelo dispositivo, por isso, os manuais de componentes especificam em que condições foram feitos os ensaios. Corrente máxima que pode ser fornecida pela saída do dispositivo, também conhecida como fan-out. É importante observar que, por convenção, um valor positivo de IO refere-se a corrente sendo drenada pelo dispositivo, ou seja, sua saída está em nível baixo e ele está absorvendo esta corrente e jogando para o terra. Enquanto que um valor

IOMAX

positivo de IO indica corrente sendo fornecida pelo dispositivo, ou seja, sua saída está em nível alto e ele está fornecendo corrente do Vcc para a saída. Os limites de corrente para fornecimento e drenagem podem ser, e geralmente o são, diferentes. Neste caso é comum ver em manuais dados como IOMAX = +20mA / -0.4mA, indicando que ele pode drenar 20mA, mas apenas fornecer 0.4mA. Corrente máxima consumida pela entrada do dispositivo, em dispositivos CMOS também pode ser representa por ILI (Input Leakage Current), pois

II

como estes dispositivos tem a entrada isolada (base de um MOSFET) a corrente consumida é na verdade a corrente de vazamento deste transistor. Corrente máxima consumida pelo dispositivo para sua alimentação. Este

ICC

valor depende da corrente sendo fornecida pelas saídas, por isso geralmente o valor de IO utilizado no ensaio é especificado.

Nota: É comum que os parâmetros DC dependam do valor de Vcc utilizado para alimentar o dispositivo e da temperatura ambiente durante o ensaio. Por essa razão os manuais costumam trazer as condições em que o ensaio foi realizado.

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Apostila de Treinamento Para ilustrarmos com dados reais, abaixo estão as características DC de uma porta lógica NÃO, código 74HC04, fabricada pela NXP e presente no módulo MED52 do conjunto didático:

Fonte: http://ics.nxp.com/products/hc/datasheet/74hc04.74hct04.pdf

Já no tocante as características AC, existem duas de notória importância, apresentadas na tabela abaixo: Campo tPHL / tPLH

Descrição Tempo de propagação do dispositivo, isto é, o tempo que sua saída demora para responder a partir de uma mudança no estado das entradas. Se a alteração na saída é do tipo Alto->Baixo, o a nomenclatura utilizada é tPHL, se for do tipo Baixo->Alto, utilizamos tPLH.

tTHL, tTLH

Tempo de transição da sida, é o tempo que a saída gasta para sair de um estado e ir para outro. Se esta transição for do tipo Alto->Baixo, nos referimos como tTHL, caso seja o oposto a nomenclatura utilizada é tTLH.

A figura a seguir deve facilitar o entendimento de como estes tempos são medidos, ela também foi obtida do manual do 74HC04, fabricado pela NXP.

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Apostila de Treinamento

Fonte: http://ics.nxp.com/products/hc/datasheet/74hc04.74hct04.pdf

Para grande dos circuitos integrados disponíveis no mercado estes tempos são pequenos, estando na ordem de alguns nanossegundos. A tabela a seguir ilustra com os dados reais do 74HC04 da NXP:

Fonte: http://ics.nxp.com/products/hc/datasheet/74hc04.74hct04.pdf

especial, é que ela define um conjunto de operações realizadas com elementos (ou operandos) que só podem assumir valores 0 (zero) e 1 (um), servindo perfeitamente aos propósitos da eletrônica digital.

Como sabemos, em eletrônica digital, um determinado sinal, seja de entrada ou saída, apenas pode assumir um de dois estados lógicos existentes: o nível alto (convencionalmente

associado

ao

valor

numérico

1)

e

o

nível

baixo

(convencionalmente associado ao valor numérico 0).

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Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência vamos explorar algumas características elétricas das portas lógicas e construir um circuito combinacional.

Exemplo de aplicação: As portas lógicas têm um vasto campo de aplicação, são peças elementares em qualquer circuito digital, sendo a base para construção de circuitos somadores, ULAs, circuitos seqüenciais e até microprocessadores.

1. Antes de explorarmos as características elétricas, vamos trabalhar um pouco com as portas lógicas existentes no MED52. Utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. No final do ensaio anterior, construímos com circuito digital que realiza a operação booleana OU-Exclusivo (abreviado para XOU). Felizmente existem circuitos integrados que já realizam esta operação, sendo que o símbolo da porta lógica que realiza esta operação é mostrado abaixo. Levante a tabela da verdade desta porta variando os estados dos geradores de nível lógico e anotando o estado da saída para cada combinação: CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

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Apostila de Treinamento Porta XOU

A S B

A

B

0

0

0

1

1

0

1

1

S

3. Outra operação boolena bastante comum é o NOU Exclusivo, abreviado como NXOU, que é simplesmente a operação XOU invertida. Nesta operação a saída apenas tem estado lógico 1, quando ambas as entradas tem valores iguais. Por isto esta operação também é conhecida como coincidência. O símbolo da porta lógica que realiza a operação NXOU é mostrado abaixo. Levante a tabela da verdade desta porta lógica.

Porta NXOU

A S

A

B

0

0

0

1

1

0

1

1

S

B ̅̅̅̅̅̅̅̅

4 Cite uma aplicação possível para a operação NXOU.

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Apostila de Treinamento 5. Embora a operação XOU seja bastante simples quando observamos sua tabela da verdade, sabemos que ela não é tão trivial, assim como não é trivial realizá-la com mais de dois operandos. O circuito abaixo mostra como uma porta XOU de três entradas é construída a partir de duas portas XOU de duas entradas. Encontre a expressão booleana na forma de somatória de produtos para esta expressão:

A

B

S

C

6. Construa uma porta XOU de três entradas utilizando as portas XOU disponíveis no módulo MED52 e levante sua tabela da verdade.

Porta XOU A

B

C

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

S

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Apostila de Treinamento 7. Agora vamos explorar um pouco as características elétricas das portas lógicas. Para isso utilizaremos as portas NÃO (também conhecida como inversora) disponíveis no módulo MED52. Primeiramente, realize as conexões conforme mostrado a seguir:

mA

+ -

8. Mantendo o gerador de nível lógico em 0, altere a resistência do potenciômetro para mudar o valor de corrente fornecida pela porta lógica, medindo para cada corrente a tensão existente na saída deste dispositivo, preenchendo a tabela abaixo.

IO

VOH

1mA 2,5mA 5mA 10mA

9. A tensão de saída em nível alto alterou-se para diferentes valores de corrente? Explique quais são as implicações disso na prática.

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Apostila de Treinamento

10. Ligue a entrada da porta inversora no gerador de freqüência de 100kHz, e com o auxílio do osciloscópio meça os tempos tPHL e tTHL preenchendo a tabela abaixo, utilize a figura a seguir para orientá-lo.

tPHL tTHL

11 Cite as principais implicações destes tempos de atraso no funcionamento de um circuito digital.

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Experiência 3: Sistemas Numéricos e Comparador de Magnitude Objetivo 

Estudar os sistemas numéricos binário e hexadecimal;



Montar um circuito comparador de magnitude.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED20 – Comparador de Magnitude



Cabos banana

Introdução Nos ensaios anteriores construímos circuitos que realizavam operações booleanas e apresentavam uma única saída digital. Assim eles eram capazes de, a partir destas operações, tomar decisões do tipo Verdadeiro/Falso, Ligar/Desligar, OK/Errado; enfim, decisões onde apenas duas opções são possíveis.

Felizmente a eletrônica digital é muito mais poderosa que isso e ela começa a ficar bem mais interessante quando agrupamos vários sinais digitais para representar números, e realizamos operações sobre estes números. Você deve estar imaginando algo como uma calculadora, pois foi exatamente este um dos grandes saltos da eletrônica digital, em 1971 a Intel lançou o 4004, a primeira unidade de processamento capaz de realizar operações lógicas (E, OU, NÃO, etc.) e aritméticas (+, -, x, ÷) com operandos de 4bits.

Chegaremos lá, mas primeiro temos de entender como números são representados por sinais digitais. Conforme vimos até aqui, um sinal digital pode apresentar dois estados lógicos que são representados pelos valores 0 e 1. Se agruparmos dois sinais digitais, teremos 4 combinações de estados possíveis: 00, 01, 10, 11. Certo? Podemos então dizer que a primeira combinação representa o número 0, a segunda combinação o número 1, a terceira, o número 2 e a última o número 3. O que estamos fazendo é justamente associar um número decimal a uma combinação de sinais digitais. Pois esse é justamente o princípio que utilizamos para representar

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Apostila de Treinamento qualquer número inteiro (para números fracionários a história é um pouco mais complexa) em um sistema digital.

Os números que utilizamos no dia a dia estão em base decimal, ou base 10, porque todos eles são formados por dígitos que vão de 0 a 9, ou seja, são formados por dígitos que podem assumir 10 valores diferentes (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9), por isso o nome base 10. Sem dúvida, este é o sistema numérico que surgiu primeiro e é também o mais empregado e difundido. Isto porque o ser humano, quando começou a desenvolver a habilidade de contar, utilizava os dedos da mão para fazê-lo, e a grande maioria das pessoas tem 10 dedos nas mãos. O que talvez ninguém tenha lhe dito até hoje é que, quando escrevemos um número em base 10, estamos na realidade escrevendo uma seqüência de potências de 10. Veja o exemplo abaixo para o número 5731:

5

7

103

102

3

1

102

100

5.103 + 7.102 + 3.101 + 1.100 = 5731 Para representar números utilizando sinais digitais, prosseguimos de maneira análoga, porém, como cada sinal pode apresentar apenas 2 valores possíveis, a base utilizada para representar os números é a base binária, ou base 2. Nesta base cada dígito pode apresentar valor 0 ou 1, e corresponde a uma potência de 2, conforme mostrado na figura a seguir:

MSB

1

1

0

1

23

22

21

20

LSB

1.23 + 1.22 + 0.21 + 1.20 = 13 Assim, podemos perceber que o número binário 1101, corresponde ao número decimal 13. Note que, enquanto na base decimal podemos representar números até 9999 utilizando quatro dígitos, na base binária com quatro dígitos, representamos no máximo 1111, que equivale ao decimal 15. Apenas por curiosidade, para representar o número 9999 em binário, utilizamos 14 dígitos (10011100001111). Cada dígito binário é comumente chamado de bit, assim dizemos que 1111 é um

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Apostila de Treinamento número binário de 4 bits. Conforme podemos observar na figura anterior, o bit localizado mais a esquerda representa a maior potência de 2 (no caso, 23) é por isso é conhecido como Bit Mais Significativo (ou em inglês MSB – Most Significant Bit) e o dígito mais a direita representa a menor potência de 2 (20) e é conhecido como Bit Menos Significativo (ou em inglês LSB, Least Significant Bit).

Na experiência passada observamos o funcionamento de algumas portas lógicas, levantamos suas tabelas da verdade e chegamos a projetar e montar um circuito combinacional. Porém, falamos apenas brevemente das características elétricas das portas lógicas disponíveis no mercado.

Podemos separar essas características em dois grandes grupos, características DC (corrente contínua) e características AC (corrente alternada). Obviamente, tratandose de um circuito integrado digital, jamais podemos utilizar tensões AC da rede elétrica nestes dispositivos, quando nos referimos a características AC, queremos dizer que estamos dando ênfase ao comportamento deste dispositivo na presença de sinais pulsantes em suas entradas, ou seja, seu comportamento dinâmico. Já quando nos referimos características DC, estamos interessados nos limites elétricos do dispositivo em uma determinada condição de trabalho, ou seja, seu comportamento estacionário.

O processo de conversão de um número binário para decimal é relativamente simples, e praticamente o fizemos quando mostramos como um número binário é representado. Basta somar o valor das potências de 2 associadas com cada dígito de valor 1, como mostrado abaixo:

MSB

1

23

1

+ 22

0

1

+

LSB

20 = 13

O processo inversão, conversão de um número decimal é um pouco mais complicado. Uma das maneiras mais simples de realizar esta conversão é através de divisões por 2, abandonando-se o resto, até o quociente chegar a zero. Ao fim das divisões o número convertido em binário estará no resto das divisões, conforme mostrado na figura a seguir na conversão do número 25 em binário:

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LSB

MSB

Outra base numérica muito empregada em eletrônica digital é a base hexadecimal, ou base 16. Nesta base cada digito pode apresentar um de 16 valores possíveis, são eles 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F (isso mesmo, letras são utilizadas para representar valores maiores que 9). Como era de se esperar, cada digito de um número hexadecimal representa uma potência de 16, conforme mostrado a seguir para o número 9FCD

9

F

163

162

C

D

162

160

9.103 + 15.102 +12.101 + 13.100 = 40909 Como pode ser observado, esta conversão pode ser bastante complicada, principalmente quando envolve potências grandes de 16, mas o fato é que ela raramente é necessária na prática. A razão pela qual a base hexadecimal é tão difundida em eletrônica digital é que a conversão de hexa para binário, e vice-versa, é bastante simples, tão simples que, costumam-se representar valores numéricos utilizados em circuitos digitais, utilizando a base hexadecimal, mesmo sabendo que

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Apostila de Treinamento a prática estes números estão representados por sinais digitais, ou seja, na forma binária. Desta forma para evita-se a escrita de longas seqüencias de zeros e uns que se tornam ilegíveis e difíceis de memorizar. Para converter de binária para hexadecimal, basta agrupar os dígitos binários em grupos de 4 bits (que são conhecidos como nibbles) e substituí-los pelo seu equivalente hexadecimal, conforme mostrado a seguir:

1001

1111

1100

1101

9

F

C

D

O processo inverso é semelhante, basta substituir os símbolos hexadecimais por seus equivalentes binários. Obviamente, este processo torna-se mais fácil e automático quando sabemos de cor a correspondência entre cada nibble e seu equivalente em hexadecimal.

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Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência vamos exercitar conversões entre os sistemas numéricos e em seguida montar um circuito comparador.

Exemplo de aplicação: Circuitos comparadores podem ser utilizados para verificação de integridade de dados, decodificadores de endereços, além de fazerem parte de praticamente todas as Unidades Lógicas Aritméticas (ULA).

1. Utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Preencha a tabela abaixo, convertendo os valores para binário e decimal. Em seguida, altere os estados das chaves para cada um dos valores binários, e registre o valor exibido no display do conjunto didático.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

29

Apostila de Treinamento Tabela de Conversão Decimal

Binário

Hexadecimal

Valor no Display

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Nota: O display do conjunto didático não exibe valores maiores que 9.

3. Uma das operações mais básicas realizada com valores numéricos é a de comparação. Um comparador de magnitude simples é um circuito digital, cuja saída é ativada quando os dois operandos são iguais. Obviamente, quanto mais bits tiverem estes operandos, mais complexo é o circuito. Projete um circuito digital que realize a comparação de dois operandos de 4bits.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

30

Apostila de Treinamento

4. Felizmente, na prática não precisamos montar este circuito utilizando portas lógicas, já que existem alguns circuitos integrados que realizam esta função. O módulo MED20 traz um destes dispositivos, o 74HC688. Instale o módulo no bastidor do conjunto didático e realiza as ligações mostradas abaixo:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

31

Apostila de Treinamento 5. Note que da maneira que as ligações foram feitas, as chaves D0 a D3 correspondem a um operando e as chaves D4 a D7 ao outro operando. Note também que o comparador presente no módulo MED20 utiliza operandos de 8 bits, e na ligação proposta os bits mais significativos de cada operando foram ligados ao terra. Isto afeta o resultado da comparação?

6 Altere o estado dos geradores de nível lógico e descreva como a saída do módulo se comporta.

7 Na ligação realizada o borne G está conectado ao terra. Remova esta ligação e ligue ele a um gerador de nível lógico. Altere o estado deste sinal e explique como a saída se comporta. Qual a função do sinal G?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

32

Apostila de Treinamento

8 Descreva algumas aplicações do comparador de magnitude.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

33

Apostila de Treinamento

Experiência 4: Unidade Lógica Aritmética Objetivo 

Estudar as operações aritméticas com operandos binários;



Montar um circuito utilizando um ULA.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED35 – ULA



Cabos banana

Introdução Até este momento aprendemos um conjunto de sinais digitais pode representar um número em base binária e aprendemos uma operação bastante simples, a comparação. Convém agora estudarmos outras operações, lógicas e aritméticas, realizadas com operandos binários.

Começaremos pela adição. A operação de adição de números binários é extremamente simples, mais fácil até que a adição realizada com operandos decimais. A única coisa que devemos ter em mente é que cada dígito apenas assume valor 0 ou 1, assim quando temos uma soma do tipo 1+1 o resultado é 0 com “vai um”. Da mesma forma que, no sistema decimal, a soma de 9+1 tem como resultado 0, com “vai 1”. A figura abaixo deve auxiliá-lo no entendimento:

1 1 0 1

+

1 0 0 1 1 0 1 1 0

Note que na soma mostarda no exemplo, os operandos possuem 4 bits, mas o resultado apresenta 5bits, isto porque temos um “vai 1” na soma dos dígitos mais significativos. Este bit extra é conhecido como “estouro”, pois o limite de 4 bits dos operandos foi estourado, ou também como carry. CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

34

Apostila de Treinamento A subtração é um pouco mais complexa e pode ser realizada de maneiras distintas. Quando estamos fazendo uma subtração do tipo a-b, sendo que a>b, temos um resultado positivo, neste caso a técnica utilizada para subtrair números decimais, pode ser utilizada aqui sem grandes problemas:

Emprestimo 1 1 0 0

-

1 0 0 1 0 0 1 1

Porém, quando o resultado é negativo outra técnica é mais útil. Esta técnica consiste simplesmente em transformar a subtração em uma soma entre um número positivo e um número negativo. Para escrevermos um número negativo em binário, utilizamos uma notação conhecida como “complemento de 2”. A figura a seguir mostra como um número é representado em complemento de dois, utilizando como exemplo o número -7:

1. Escrevemos o número positivo em binário

0 1 1 1

2. Adicionamos um bit extra à esquerda

0 0 1 1 1

3. Invertemos cada bit

1 1 0 0 0

4. Somamos 1 o valor invertido

1 1 0 0 1

Agora para realizar a subtração, basta somar o número negativo ao número do qual se desejava subtrair. Vamos supor que gostaríamos de realizar a subtração 4 - 7, então bastaria somar os números 4 e -7:

0 1 0 0

+1

1 0 0 1

1 1 1 0 1

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

35

Apostila de Treinamento Vimos como duas operações básicas, a adição e subtração, são realizadas com valores em binário. Além das operações aritméticas, também podemos realizar operações lógicas com argumentos em binário. Na realidade estas operações são mais simples que as operações aritméticas, pois não envolvem carry, empréstimo ou números negativos. Basta realizarmos a operação lógica me questão bit a bit:

1 1 0 1

E

1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1

OU

1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1

XOU

1 0 0 1 0 1 0 0

Como falamos no ensaio anterior, um dos principais avanços da eletrônica digital foi à capacidade de realização de operações lógicas e aritméticas através de circuitos eletrônicos, dando início ao que hoje conhecemos como processamento de dados. Estes circuitos foram os embriões dos processadores e microcontroladores que utilizamos nos dias atuais.

Inicialmente estes circuitos eram construídos com portas lógicas, mas demorou até que eles fossem integrados em um único dispositivo que recebeu o nome de ULA – Unidade Lógica Aritmética. Neste ensaio iremos utilizar uma ULA de 4 bits, baseada no funcionamento do circuito integrado 74181, que hoje praticamente não é mais encontrado no mercado, já que qualquer microcontrolador ou microprocessador contém uma ULA interna. CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

36

Apostila de Treinamento Esta ULA realiza uma série de operações, sendo que a operação é selecionada por quatro pinos de função (F0 a F3) e um pino de Modo (M), este último seleciona se a operação realizada será lógica (M=1) ou aritmética (M=0). A tabela seguir mostra as operações suportadas pela ULA:

Fonte: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT181_CNV_2.pdf

Como vimos, operações de soma podem produzir um bit extra de estouro ou carry, quando o resultado soma extrapola o valor máximo suportado, para ULA em questão este valor máximo é 15, já que é uma ULA de 4bits. Pois bem, quando várias ULAS são utilizadas em paralelo, para operações com números maiores que 4bits, temos de ligar a saída de carry de uma ULA (pino Cn+4) à entrada de carry da ULA do próximo estágio (pino CN). Na prática, quando CN está em 1, significa que é não há carry do estágio anterior (a entrada e saída de carry são invertidas, isto é

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

37

Apostila de Treinamento ativas em nível baixo), já quando Cn=0, necessário somar 1 ao resultado da operação.

Procedimento Nesta experiência vamos realizar algumas operações lógicas e aritméticas utilizando uma Unidade Lógica Aritmética (ULA).

Exemplo de aplicação: As ULAs estão presentes em calculadoras e em qualquer microcontrolador ou microprocessador.

1. Utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que da maneira como as ligações foram feitas, temos um operando o operando X ligado aos geradores de nível lógico D0 a D3, o operando Y ligado aos geradores D4 a D7, o nibble de saída ligado aos indicadores de nível lógico D0 a D3, a saída de carry e indicação de igualdade, ligados aos indicadores de nível lógico D5 e D4, respectivamente. Porém, nem todas as ligações necessárias estão representadas na figura, já que para cada operação a ser realizada, deve-se selecionar os níveis de F0 a F3 e M, de acordo com a tabela mostrada CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

38

Apostila de Treinamento anteriormente. Lembrando que para colocar o borne em nível alto ele deve ser ligado a saída de +5V existente no bastidor, e para colocá-lo em nível baixo ele deve ser ligado ao terra. Com isto em mente preencha a tabela a seguir, anotando o resultado de cada operação realizada pela ULA:

X

Y

Operação

̅̅̅̅

M

X3-X0

Y3-Y0

F3-F0

S3-S0

̅̅̅̅̅̅̅

5

4

X menos 1

1

0

0101

0100

0000

0100

1

5

4

X menos 1

0

10

5

XY menos 1

1

10

5

XY menos 1

0

12

13

X mais Y

1

12

13

X mais Y

0

10

11

10

11

X menos Y

0

6

4

X mais X

1

6

4

X mais X

0

4

6

X+Y

0

4

6

X+Y

1

9

5

XY

1

11

15

XY

1

5

10

X XOU Y

1

5

10

X NXOU Y

1

X menos Y 1

1

Nota: As operações aritméticas estão escritas por extenso (mais e menos), para diferenciar da operação OU, indicado pelo símbolo +. Além disso, a notação XY, indica operação lógica X E Y, e não a multiplicação de X por Y.

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39

Apostila de Treinamento

3. A partir de suas observações no item anterior responda: como o carry afeta as operações lógicas?

4. Elabore o diagrama lógico de uma ULA de 8 bits, utilizando duas ULAs 74HC181 (4 bits).

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

40

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

41

Apostila de Treinamento

Experiência 5: Display de 7segmentos e Matriz de Pontos Objetivo 

Verificar o funcionamento de displays de 7 segmentos e matriz de ponto;



Montar um circuito decodificador BCD – 7 segmentos.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED05 – Decodificador de 7 segmentos



Cabos banana

Introdução Nos ensaios anteriores verificamos como um conjunto de sinais digitais pode ser agrupado de maneira a representar um valor numérico, utilizando para isso o sistema binário. Vimos ainda como realizamos operações aritméticas neste sistema numérico, e como realizamos conversões entre sistemas numéricos.

Porém, como pudemos observar, a representação de números no sistema binário, embora essencial para eletrônica digital, nem sempre é intuitiva para a grande maioria das pessoas. Imagine se a calculadora, no lugar de dígitos, exibisse uma seqüência de LEDs, representando os operandos e resultados em binário, não seria nada prático, seria?

Pois bem, felizmente existem maneiras muito mais intuitivas de realizar esta interface com o usuário, uma delas é através do uso de display de 7segmentos. Você certamente já viu este dispositivo, seja em rádio-relógio, despertadores, medidores de vários tipos, ou mesmo em filmes, como temporizador de bombas! Este dispositivo consiste basicamente de 7 LEDs de formato alongado, agrupados convenientemente de maneira a formar o dígito 8. Assim, cada LED corresponde a um segmento (por isso o nome display 7 segmentos), podendo ser acesos ou apagados de maneira a formar os dígitos. Existe ainda um oitavo LED, de formato redondo, que representa o ponto decimal. A figura a seguir mostra a disposição destes LEDs em display de 7 segmentos.

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42

Apostila de Treinamento

Como podemos verificar pela figura acima, um display de 7 segmentos pode apresentar dois esquemas internos de ligação: Catodo Comum e Anodo Comum. No esquema Catodo Comum, todos os catodos dos LEDs são interligados, e ficam disponíveis nos pinos centrais da parte inferior e superior do display. Assim para acender um determinado LED é necessário ligar o pino comum ao GND (basta ligar um deles, não é necessário ligar ambos), e uma tensão positiva, via um resistor para limitar a corrente, ao anodo do LED desejado (disponíveis nos pinos a, b, c, d, e, f, g ou dp).

O esquema anodo comum é exatamente o oposto, os anodos

encontram-se ligados aos pinos comuns e os catodos disponíveis nos pinos de a, b, c, d, e, f, g, e dp. Assim, para acender um LED neste esquema, é necessário aplicar Vcc a um dos pinos comuns, e ligar o catodo do LED desejado ao terra, via um resistor para limitar a corrente.

Obviamente, para, a partir de um conjunto de bits, produzirmos a combinação correta dos sinais a, b, c, d, e, f e g, que representam o dígito que se deseja exibir, precisamos utilizar um decodificador. Os modelos mais comuns de decodificadores, chamados de decodificadores BCD - 7segmentos convertem seqüencias de 4 bits (nibbles) de valores de 0000b a 1001b, em combinações de sinais que reproduzem dígitos de 0 a 9 no display. A sigla BCD citada anteriormente significa Binary Coded Decimal, ou Decimal Codificado em Binário. Este formato de representação de valores em binário é um pouco diferente do sistema binário convencional que apresentamos anteriormente, e é muito empregado quando utilizamos displays de 7 segmentos.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

43

Apostila de Treinamento No sistema BCD, um valor decimal qualquer é separado em dígitos, e cada dígito é representando pelo seu equivalente binário. Note que isto bem diferente de representar um número em base 2, conforme ilustra a figura a seguir:

Conversão Decimal - BCD 2

5

0010

0101

Conversão Decimal - Binário

11001

Este formato de representação é útil quando utilizamos displays 7 segmentos, porque elimina nibbles com valores de 1010b a 1111b, que utilizam mais de um dígito para serem representados em formato decimal (10 a 15, respectivamente). Em BCD o valor 10 é representado como 0001 0000 e, 15 como 0001 0101; podendo, cada grupo de 4 bits, ser enviado para um decodificador diferente, um representando as unidades e outro as dezenas. Se utilizássemos o sistema binário puro, então o decodificador das dezenas deveria levar em conta alguns dos bits utilizados pelo decodificador de unidades, e apresentaria um circuito digital diferente desse. Ou seja, o sistema não seria modular. Já, quando utilizamos BCDs, podemos adicionar novos dígitos, apenas acrescentando novos conversores, já que os circuitos utilizados para converter o dígito das unidades, dezenas, centenas, e assim por diante, são todos idênticos.

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44

Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência iremos estudar a codificação BCD e montar um circuito decodificador BCD – 7 segmentos.

Exemplo de aplicação: Decodificadores BCD – 7 segmentos estão presentes sempre que um display de 7 segmentos é utilizado, como em rádio relógios, medidores de variados tipos, indicadores em elevadores, etc.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

a

MED05 - DECODIFICADOR DE 7 SEGMENTOS

a

In p u ts f b

f

b

g

g

c

e

c

e d

CD4511

d

LE

BI

LT

x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

D3 D2

x x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

x x 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

D1 D0

x x 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

x x 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1

b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1

c 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

Ou tp u ts d e f g 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

S B

+12VDC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

CD4511

MATRIZ DE PONTOS

GND

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Primeiramente vamos determinar que segmentos devem ser acesos para cada dígito a ser representado, para isso preencha a tabela a seguir:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

45

Apostila de Treinamento

Valor

Dígito

a

b

c

d

e

f

g

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

46

Apostila de Treinamento 3. Agora altere o estado dos geradores de nível lógico, D3 a D0, reproduzindo cada um dos valores da tabela anterior e verificando se o dígito representado corresponde ao esperado.

4. Altere os estados dos geradores D3 a D0, introduzindo valores maiores que 1001b. Que dígitos são exibidos no display de 7 segmentos?

5. A partir de sua resposta no item anterior, indique qual o tipo de decodificador está montado neste módulo e explique como chegou a esta conclusão.

6. Qual a diferença entre a representação de um número em BCD e sua representação em base binária?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

47

Apostila de Treinamento

7. Vamos praticar um pouco a representação de valores em BCD. Preencha a tabela abaixo, com a representação no sistema binário convencional e BCD: Valor

Binário

BCD

9 17 25 38 43 55 67 73 89 99 131

8. Agora altere o estado dos geradores de nível lógico, D7 a D0, reproduzindo cada um dos valores da tabela anterior e verificando os dígitos exibidos. As chaves devem representar os valores de qual coluna da tabela (Binário ou BCD)?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

48

Apostila de Treinamento 9. O que aconteceria se inseríssemos nas chaves a combinação da coluna Binário, no item anterior? Explique como isso poderia impactar o funcionamento de um circuito digital.

10. Outra forma de interface com o usuário bastante comum é a matriz de pontos. No módulo MED05 temos uma matriz de 7x5 pontos. Cada ponto, ou pixel, pode ser aceso independentemente, aplicando-se nível alto em sua linha e nível baixo em sua coluna. Realize as ligações a seguir.

a

MED05 - DECODIFICADOR DE 7 SEGMENTOS

a

In p u ts f b

f

b

g

g

c

e

c

e d

CD4511

d

LE

BI

LT

x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

D3 D2

x x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

x x 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

D1 D0

x x 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

x x 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1

b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1

c 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

Ou tp u ts d e f g 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

S B

+12VDC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

CD4511

MATRIZ DE PONTOS

GND

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

49

Apostila de Treinamento 11. Ajuste o potenciômetro de 1K para cerca de metade do seu curso (ele será nosso ajuste de brilho da matriz. Aplique nível alto em um dos geradores de nível lógico e a coluna correspondente deve acender integralmente, pois todas as linhas estão ligadas ao terra.

12. Cite alguns prós e contras de utilizar a matriz em vez do display de 7 segmentos.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

50

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

51

Apostila de Treinamento

Experiência 6: Flip-flops Objetivo 

Verificar o funcionamento de diversos tipos de flip-flops;



Montar e testar circuitos com flip-flops de tipos diferentes.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED55 – Flip-flop



Cabos banana

Introdução Até este momento, todas as aplicações que estudamos são formadas por circuitos eletrônicos digitais que conhecemos como: circuitos combinacionais. Você pode estar pensando o que ULAs, portas lógicas e decodificadores têm em comum, bem eles têm em comum que cada saída é determinada por uma combinação específica das entradas, por isso circuito combinacional.

Já os circuitos seqüenciais, que estudaremos agora, possuem uma peculiaridade, o estado de suas saídas não depende só das entradas, mas também do estado anterior que estas saídas se encontravam. E como isto é possível? Muito simples, interligando, de uma maneira específica, as saídas do circuito a algumas das portas lógicas de entrada, o que chamamos de realimentação (em qualquer disciplina técnica, realimentação é o processo de utilizar uma porção da saída, no processamento das entradas).

Um dos circuitos digitais em que a realimentação pode ser encontrada e que, é a base dos circuitos seqüenciais, é o flip-flop. A figura a seguir mostra o diagrama lógico de um flip-flop RS, um dos primeiros flip-flops utilizados em eletrônica digital. O flip-flop, independentemente do tipo, apresenta em geral duas saídas, Q e ̅ , sendo que a segundo é o inverso da primeira. A principal característica de um flipflop é que ele circuito biestável, isto é, suas saídas possuem dois estados estáveis, 0 e 1.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

52

Apostila de Treinamento S

Q

CLK

Q

R S

Saída Futura (Qn+1)

0

0

Saída Anterior (Qn)

0

1

0

1

0

1

1

1

Não Permitido

Nota: Quando ambas as entradas estão em nível alto, ambas as saídas irão para nível alto também, o que é uma violação da condição que uma saída deve ser o inverso da outra. Por isso, esta combinação de entradas não deve ser utilizada.

Talvez você esteja pensando, mas uma porta lógica qualquer também possui dois estados estáveis, uma porta E, por exemplo, com suas entradas em 1 ela manterá sua saída em nível 1, com uma das entradas em 0, sua saída ficará em zero. Mas não é bem isso que queremos dizer, quando afirmamos que um circuito possui dois estados estáveis, queremos dizer que existe uma combinação de entradas que manterá o estado atual da saída, seja ele qual for (para o caso do flip-flop RS esta combinação é quando ambas as entradas estão em nível baixo). Note que isto não é possível em um circuito digital onde não há realimentação. É esta característica que faz do flip-flop um circuito especial, ele é capaz de memorizar o estado de uma saída, sendo a base para construção de qualquer memória.

Outra característica, presente na grande maioria dos flip-flops, é uma entrada para o sinal de clock. O sinal de clock confere sincronia a transição do flip-flop, fazendo com que a saída só seja atualizada (de acordo com os estados das entradas) quando este sinal está ativo, no caso do flip-flop RS isto ocorre quando CLK está em nível alto. Mas existem flip-flop que reagem apenas à bordas do sinal de clock, isto é, a saída é atualizada apenas quando o clock transita de um estado para outro. Estes flip-flop podem ser sensíveis a bordas de subida, apenas atualizam as saídas em transições do tipo Baixo -> Alto do clock, ou a bordas de descida, respondendo a transições do tipo Alto -> Baixo do clock. Iremos explorar alguns tipos de flip-flops ao longo deste ensaio.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

53

Apostila de Treinamento

Procedimento Nesta experiência iremos estudar variados tipos de flip-flops, levantar suas tabelas funcionais e discutir suas aplicações.

Exemplo de aplicação: Flip-flops estão presentes em qualquer circuito seqüencial, sendo o elemento constituinte de contadores, timers, registradores de deslocamento, memórias, para citar algumas de suas aplicações.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que no esquema acima, as entradas R e S do flip-flop estão ligadas a geradores de nível lógico, as saídas

e ̅̅̅̅ estão ligadas a LEDs e o circuito do

clock está ligado como mostrado a seguir. A resistência de 1K para terra é comumente chamada de pull-down e serve para não deixar este pino flutuante (susceptível a incidência de ruídos), quando a chave pulsadora está aberta.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

54

Apostila de Treinamento +5V R

Q

CLK 1K

S

Q

3. Vamos agora levantar a tabela da verdade deste flip-flop. Lembre-se que a cada alteração dos estados das entradas R e S, é necessário dar um pulso de clock para atualizar as saídas: R

S

0

0

0

1

1

0

1

1

̅̅̅̅

4. Note que quando R e S estão em 0, o estado da saída é mantido, qual é a importância deste modo de operação do flip-flop?

5. O uso de R e S em alto é uma combinação que produz um estado das saídas peculiar. Explique porque este modo de operação deve ser evitado.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

55

Apostila de Treinamento 6. A seguir, vamos trabalhar com um novo tipo de flip-flop, o JK. Primeiramente realize as ligações como indicado a seguir:

7. Vamos levantar também a tabela da verdade deste flip-flop. Lembre-se que a cada alteração dos estados das entradas J e K, é necessário dar um pulso de clock para atualizar as saídas (exceto para mudanças nos sinais de PRT e RST que não dependem do clock): J

K

RST

PRT

X

X

1

0

X

X

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

̅̅̅̅

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

56

Apostila de Treinamento 8. A principal diferença deste flip-flop para o flip-flop RS ocorre quando J e K estão em nível alto, modo de operação conhecido como Toggle (ou também flip-flop T). Note que nesta situação, a cada pulso de clock o estado das saídas é invertido. Cite uma possível aplicação deste modo de operação.

9. Outra variação do flip-flop JK é o flip-flop D. Este flip-flop consiste em um flip-flop JK com uma inversora entre as entradas, conforme mostrado a abaixo. Utilizando o módulo de portas lógicas (MED52), construa um flip-flop D, conforme mostrado a seguir:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

57

Apostila de Treinamento D

Q

J

D

CLK K

Q

CLK Q

Q

10. Vamos agora levantar a tabela da verdade deste flip-flop. Lembre-se que a cada alteração dos estados da entrada D, é necessário dar um pulso de clock para atualizar as saídas: D

RST

PRT

X

0

1

X

1

0

0

0

0

1

0

0

̅̅̅̅

11. Esta configuração também é chamada de Latch, e ela é capaz de armazenar qualquer que seja o estado da entrada D, quando um pulso de clock é aplicado. Cite as aplicações deste modo de operação.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

58

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

59

Apostila de Treinamento

Experiência 7: Contadores Assíncronos Objetivo 

Montar um contador assíncrono, utilizando flip-flops JK, de 3 estágios;



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED70 – Contador Assíncrono



Cabos banana



Osciloscópio

Introdução Uma das principais aplicações dos flip-flops é na construção de circuitos contadores, isto é, circuitos com uma ou mais saídas, cujo estado destas é alterado mediante a aplicação de um sinal de clock. Cada estado possível das saídas representa um valor da contagem e dizemos que o número de estados existentes é o módulo da contagem ou do contador. Assim um contador decimal de 0 a 9, extremamente comum, é um contador de módulo 10 (apresenta 10 estados possíveis de contagem) e valores de contagem 0, 1, 2, ..., 9.

O contador assíncrono é um dos circuitos mais simples de contador, composto por flip-flops JK ligados em cascata, conforme exibido na figura a seguir:

Nesta figura, temos um contador assíncrono de três estágios, ou seja, composto por três flip-flops. Note que cada flip-flop é sensível a borda de descida no clock, como é comum em contadores assíncronos e que ambas as entradas J e K estão ligadas em nível 1, ou seja, ele está em sua configuração de flip-flop T. Dessa forma cada transição de 0->1 do clock provoca alteração do estado da saída do flip-flop 0, CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

60

Apostila de Treinamento sendo que a cada transição 0->1 da saída Q0 deste flip-flop provoca alteração do estado do próximo flip-flop e assim por diante. É possível também utilizar flip-flops sensíveis a borda de descida para construir um contador, neste caso, interliga-se a saída barrada de um flip-flop à entrada de clock do próximo flip-flop. A seguir temos a carta de tempo exibindo a mudança de estado de cada flip-flop.

Se assumirmos que Q0 é o bit menos significativo (LSB- Least Significant Bit) do valor da contagem e que Q2 é o bit mais significativo (MSB- Most Significant Bit), então obtemos os valores de contagem exibidos no gráfico abaixo do eixo das abscissas.

Nosso contador de três estágios é então um contador de módulo 8, com valores de contagem de 0 a 7. Uma característica importante dos contadores assíncronos é que o módulo do contador é sempre uma potência de base 2, de acordo com a relação (onde n é o número de estágios, ou de flip-flops, do contador):

Para mudarmos este valor, isto é, para alterarmos o módulo do contador assíncrono, são necessários circuitos combinacionais que provoquem o reset do contador quando o último valor de contagem desejado for alcançado. Por exemplo, se desejássemos um contador de módulo 6, teríamos 5 (em binário 101) como o último valor de contagem, assim sendo, poderíamos acrescentar uma porta NAND como mostrada a seguir, ligada as saídas dos flip-flops e ao sinal de reset de todos eles:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

61

Apostila de Treinamento

Procedimento Nesta experiência iremos construir um contador assíncrono de três estágios.

Exemplo de aplicação: Com mais estágios, este contador poderia ser utilizado em roletas de acesso, para contar o número de pessoas que entram em um estabelecimento.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note na figura acima que a entrada de clock do flip-flop 0 (CLK0) está ligada a um gerador de nível lógico. Altere o estado deste gerador e indique o que ocorre para cada transição (0->1 e 1->0) e explique o por que:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

62

Apostila de Treinamento

3. Altere a entrada de clock do contador, ligando CLK0 ao gerador de 1Hz presente no bastidor. Descreva a mudança de comportamento:

4. Com base nas observações do item anterior, qual é a diferença entre um contador e um temporizador?

5. Altere mais uma vez a entrada de clock do contador, ligando a entrada CLK0 ao gerador de 1KHz presente no bastidor.

6. Com o auxílio de um osciloscópio, meça o sinal presente na entrada de clock e na saída do primeiro flip-flop (Q0), plotando os sinais medidos no gráfico a seguir (não se esqueça de cotar os eixos das abscissas e ordenadas):

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

63

Apostila de Treinamento

7. Com base nas suas observações do item anterior, descreva qual a relação entre as freqüências dos sinais medidos:

8. Compare agora a freqüência do sinal presente em Q2 e a freqüência de clock:

9. Divisores de freqüência, conhecidos também como prescalers, tem uso bastante freqüência

em

circuitos

seqüenciais

e

estão

presente

na

maioria

dos

microcontroladores e microprocessadores existentes, permitindo a geração de sinais internos que são uma fração da freqüência de clock. Diga como deveríamos proceder para construirmos um divisor de freqüência de valor 14, ou seja, que possuísse em sua saída uma freqüência igual a 1/14 da freqüência aplicada:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

64

Apostila de Treinamento

10. Um dos grandes problemas do contador assíncrono é o atraso de propagação. Como os flip-flops são ligados em cascata, o tempo de atraso entre a borda de subida do clock e a alteração do estado do último flip-flop será igual à n.tPHL (ou n.tPLH) onde n é o número de estágios e tPHL é o tempo de propagação de um único flip-flop (pode se usar também o tempo tPLH, a diferença entre um tempo e outro é que o tPHL considera a transição na saída de 1->0, e o tPLH, a transição 0->1; mas em geral ambos os tempos são parecidos), conforme indicado na figura a seguir obtida do datasheet do HEF4027, CI empregado no kit:

Ainda com dados do manual, o valor de tPHL típico é de 175ns. Verifique esta informação medindo, com auxílio de um osciloscópio, o atraso existente entre a borda de descida do clock e a alteração de estado da saída Q2. Qual o valor obtido?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

65

Apostila de Treinamento

11. O que pode ser feito para contornar este problema, quando as freqüências de clock forem tais, que o atraso de propagação passa a ser relevante?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

66

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

67

Apostila de Treinamento

Experiência 8: Contadores Síncronos e Código Gray Objetivo 

Montar um contador síncrono up/down binário e código gray;



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED30 – Contador Síncrono



Cabos banana



Osciloscópio

Introdução No ensaio anterior estudamos os contadores assíncronos e verificamos que nesta arquitetura, temos flip-flops ligados em cascata, o que leva a existência de um atraso na propagação do clock cumulativo. Pois bem, existe outra arquitetura de contador que emprega outra estratégia, contornando este problema do acúmulo dos atrasos de propagação, o contador síncrono. Neste modelo de contador, todos os flip-flops recebem o sinal de clock simultaneamente.

Obviamente, em um contador geralmente queremos que cada flip-flop responda de maneira diferente ao pulso de clock. Por exemplo, supondo um contador binário crescente (ou up), que apresenta em suas saídas o valor 0000, queremos que apenas o flip-flop menos significativo alterne o estado de sua saída quando o pulso de clock for aplicado, enquanto os demais permanecem inalterados, fazendo com que suas saídas passem para o valor 0001. Para isso acontecer, é necessário que às entradas de cada flip-flop seja aplicado um nível lógico conveniente, que fará ele transitar ou não de acordo com o valor atual da contagem.

Para conseguirmos isso, é necessário utilizar um circuito combinacional, formado por portas lógicas, que receberá os valores presentes na saída de todos os flip-flop, e produzirá, a partir destes valores, os níveis adequados a serem aplicados à entrada de cada flip-flop. A figura a seguir ilustra a arquitetura genérica de um contador síncrono.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

68

Apostila de Treinamento Circuito Combinacional

T

Q

T

CLK

Q

T

CLK Q

Q

T

CLK Q

Q

CLK Q

Q

Clock

Na arquitetura genérica mostrada na figura vemos a utilização de flip-flops T, porém, podem ser empregados quaisquer tipos de flip-flops na construção de contadores síncronos, já que podemos sempre projetar um circuito combinacional que produza os valores adequados as entradas destes flip-flops. Justamente, uma das grandes vantagens do contador síncrono é que, através do projeto do circuito combinacional adequado, pode-se construir um contador de praticamente qualquer seqüência. Obviamente, os modelos de contadores mais comuns são os contadores decimais (contam de 0 a 9, ou seja, módulo 10) e binários (contam de 0 a F, módulo 16), crescentes e decrescentes. Sendo que estes contadores podem ser agrupados a fim de conseguirmos módulos maiores de contagem. Mas podemos também construir contadores que realizem uma seqüência arbitrária de contagem. Um exemplo disso é o contador de código Gray. Em vez de seguir a contagem tradicional de 0, 1, 2, 3,..., este contador realiza uma contagem diferenciada, veja a tabela a seguir:

Binário

Gray

Binário

Gray

Dec.

Bin

Dec.

Bin

Dec.

Bin

Dec.

Bin

0

0000

0

0000

8

1000

1100

1

1

0001

1

0001

9

1001

1101

13

2

0010

3

0011

10

1010

1111

15

3

0011

2

0010

11

1011

1110

14

4

0100

6

0110

12

1100

1010

10

5

0101

7

0111

13

1101

1011

11

6

0110

5

0101

14

1110

1001

9

7

0111

4

0100

15

1111

1000

8

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

69

Apostila de Treinamento

A primeira vista pode parecer uma contagem esdrúxula, mas na realidade a contagem em código Gray apresenta uma característica bastante interessante: entre um valor e seu sucessor ocorre a transição de apenas um bit. Isso é uma vantagem particularmente em sistemas de sensoriamento de posição, como em encoders ópticos.

A principal desvantagem dos contadores síncronos, como talvez você tenha imaginado, é a maior complexidade construtiva. Para ilustrarmos essa maior complexidade, veja na figura a seguir o circuito de um contador síncrono binário de módulo 16 e compare com o contador assíncrono que construímos no ensaio passado.

Fonte: Datasheet 74HC193 – National Semiconductor

Felizmente, uma série de diferentes contadores encontra-se pronta em circuitos integrados comerciais, como o que utilizaremos nesta experiência, e o advento de EPLDs (Electronic Programmable Logic Devices), dispositivos que permitem implementação flexível de seqüências complexas de portas lógicas, tornou possível construir contadores tão complexos quanto se queira.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

70

Apostila de Treinamento

Procedimento Nesta experiência iremos construir um contador síncrono up/down binário e em seguida adaptá-lo para uma contagem em código Gray.

Exemplo de aplicação: Contadores podem ser aplicados em temporizadores, relógios, contadores de eventos, máquinas de estado, freqüencímetros, para citar algumas das aplicações.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que este contador possui 4 entradas digitais (D0 a D3), que permitem que você pré-carregue o valor inicial da contagem. Para isso, basta ajustar os valores desejados nas entradas, utilizando os geradores de nível lógico, e dar um pulso em nível baixo no sinal de LOAD. Faça este teste e descreva o que ocorre

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

71

Apostila de Treinamento

3. Agora observe que este contador possui dois sinais de clock, COUNTUP e COUNTDOWN. Realize algumas transições nestes sinais de clock (sempre um de cada vez) e descreva qual a função deles e a qual borda eles são sensíveis:

4. Incremente o contador até ele atingir o valor máximo de contagem e observe o que ocorre com o sinal CARRY. Depois decremente até ele atingir a contagem mínima e observe o que ocorre com o sinal BORROW? Qual a função destes sinais?

5. Faca o diagrama de um contador de 8bits, utilizando como base o contador que estudamos deste ensaio (consulte o manual do 74HC193, em caso de dúvidas):

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

72

Apostila de Treinamento

5. Conforme comentamos, a principal vantagem do contador síncrono é o menor atraso de propagação do clock, já que todos os flip-flops recebem o clock simultaneamente. Conecte a entrada COUNTUP ao gerador de dor de 100KHz presente no bastidor. Com o auxílio de um osciloscópio, meça o atraso existente entre a borda de subida do clock e a respectiva transição da saída Q0 (t PHL ou tPLH na figura a seguir, ambos os tempos são equivalentes). Repita a medição, agora medindo o atraso entre a borda de subida do clock e a respectiva transição da saída Q3. Compare os valores e medidos e comente, tendo em vista o resultado do ensaio anterior.

6. Vamos agora utiliza o código Gray, para isso realize as ligações como mostrado a seguir:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

73

Apostila de Treinamento

7. Incremente e decremente o contador, observando o estado das saídas, e desenhe abaixo o diagrama da contagem:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

74

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

75

Apostila de Treinamento

Experiência 9: Latch e Buffer Objetivo 

Montar um circuito com registrador de dados (Latch);



Montar um circuito com buffer bidirecional tri-state;



Estudar e discutir as principais características destes tipos de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED15 – Latch e Buffer



Cabos banana



Multímetro

Introdução Além dos contadores, outra aplicação bastante difundida dos flip-flops são os registradores, ou também conhecidos como Latch. Estes dispositivos são capazes de armazenar um conjunto de bits e são freqüentemente encontrados em circuitos digitais e sistemas microcontrolados, em diferentes tamanhos, sendo que os mais comuns são de 8 e 16 bits.

Como vimos, o elemento construtivo empregado em registrador é o flip-flop D, sendo que cada flip-flop D armazena um único bit. Assim, um registrador de 4 bits, nada mais é que um conjunto de 4 flip-flops tipo D, ligados em paralelo. A figura a seguir mostra o circuito deste registrador. OUT 3

D

OUT 2

Q

D

CLK

Q

D

CLK Q

IN 3

OUT 1

Q

D

CLK Q

IN 2

OUT 0

CLK Q

IN 1

Q

Q

IN 0

O funcionamento deste circuito é bastante simples, quando um pulso de clock é aplicado (no caso acima os flip-flops são sensíveis à borda de subida, mas

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

76

Apostila de Treinamento poderiam ser sensíveis à borda de descida, ou mesmo a nível alto ou baixo), o valor existente nas entradas é capturado por cada flip-flop, e transferido para sua respectiva saída. A partir deste instante, mudanças nos sinais presentes na entrada não provocam nenhuma alteração nas saídas, a menos que um novo pulso de clock seja aplicado.

Os registradores apresentam uma vastidão de aplicações, porém, em geral eles estão integrados em componentes mais complexos, como microcontroladores, microprocessadores, ULAs, memórias, etc. Por essa razão, nem sempre aparecem em circuitos digitais como componentes discretos

Outro circuito freqüentemente integrado em microprocessadores, memórias e outros dispositivos que apresentam internamente barramentos por onde transitam sinais digitais, é o buffer tri-state. Tri-state (cuja tradução seria como terceiro estado) é um estado bastante peculiar que determinadas saídas de alguns dispositivos digitais podem assumir. Tínhamos visto até agora que a saída de um dispositivo digital poderia assumir dois estados lógicos, 0 ou 1. Bom, isso não é sempre verdade, existe outro estado, conhecido como tri-state ou simplesmente Z, onde esta saída apresenta uma alta impedância, como se ela estivesse desconectada do resto do circuito.

Imagine, por exemplo, uma chave de 3 posições como mostrado na figura a seguir. Quando esta chave está na primeira posição, temos em seu contado comum uma tensão de 5V, que geralmente representa o nível lógico 1, quando ela está na terceira posição, temos em seu contato comum uma tensão de 0V, que geralmente representa o nível 0. Mas e quando esta chave está na posição central? Bem, note que nesta situação ela não está conectada a nada, ou seja, ela está aberta ou flutuante, este é o estado tri-state ou Z.

+5V 1 2

Comum

3

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

77

Apostila de Treinamento

Lembre-se que neste estado, o valor lógico é indeterminado, isto é, se ligarmos o comum desta chave a uma porta lógica, ela pode interpretar o estado tri-state como sendo 0 ou 1, dependendo de características construtivas desta porta, presença de ruído, etc. (reveja os ensaios sobre portas lógicas para relembrar os limites que cada porta interpreta como sendo nível 1 ou 0). Em resumo, não é desejável que este estado seja utilizado como um estado lógico válido. Você deve então está se perguntando, “oras por que então este estado é importante?”

Ele é vital quando temos de interligar várias saídas digitais. Por exemplo, imagine que um processador receba dados de diferentes dispositivos, entre eles uma memória (onde estão informações e o programa a ser executado) e uma interface de teclado, que captura a tecla digitada pelo usuário. Em geral o processador apresenta um único barramento de dados, então estes dois dispositivos terão de compartilhar o mesmo barramento, conforme mostrado na figura a seguir. Se simplesmente interligarmos a saída dos dois dispositivos, teremos colisão de informação. A memória pode, por exemplo, querer transmitir um byte 0110 0111 ao processador, enquanto que a interface de teclado quer sinalizar que a tecla pressionada pelo usuário é a de valor 0000 1000. Perceba que existem bits com valores distintos, o que significa que estamos interligando saídas que estão em nível 0 (0V), com saídas que estão em nível 1 (5V), em resumo estamos colocando sinais em curto-circuito, e como você pode imaginar isso não é nada bom.

Processador Hab. Memória

Barramento de Dados

Hab. Interface de Teclado

Memória

Interface de Teclado

Para interligarmos estas saídas, devemos ser capazes de determinar quem pode acessar o barramento, colocando algum elemento que seja capaz de permitir ou bloquear a passagem da informação, de acordo com sinais de controle enviados pelo processador. No desenho anterior, representamos este elemento que controla

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

78

Apostila de Treinamento o fluxo da informação como uma chave que abre ou fecha de acordo com o sinal de habilitação fornecido pelo processador. Assim, quando o processador deseja ler a memória, habilita apenas a “chave superior”, quando quer ler a interface de teclado, habilita apenas a “chave” inferior; resolvendo o problema da colisão de informações no barramento. Esta “chave” que indicamos no diagrama é justamente o buffer tri-state. Seu símbolo convencional é mostrado a seguir e é praticamente auto-explicativo. Quando existe um sinal de habilitação em H, ele permite a passagem da informação de A para S, caso contrário, sua saída S fica aberta, ou em tri-state. Note que sem símbolo lembra o símbolo da porta NÂO, porém, a inexistência da bolinha na saída indica que não ocorre inversão do valor da entrada, por isso, às vezes o buffer é chamado de porta não-inversora. H

A

S

Obviamente o buffer representado acima corresponde a um único bit, assim em um barramento de 8 bits como o citado no exemplo, seriam necessários oito buffers desse em paralelo para cada dispositivo. Em algumas aplicações, além de permitir ou não o fluxo da informação, é necessário controlar o sentido deste fluxo. Por exemplo, uma memória pode transmitir dados pelo seu barramento (quando está sendo lida), ou receber dados por este barramento, quando está sendo gravada. Para realizar este controle do fluxo de informação é utilizado o buffer bidirecional tristate, que consiste simplesmente em dois buffers ligados em configuração antiparalela como mostrado na figura a seguir. Nesta situação, o sinal H1 habilita o fluxo em sentido, e o sinal H2, no sentido oposto.

H1

A

S

H2 CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

79

Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência iremos montar um circuito digital com um registrado de 8 bits e, em seguida, com um buffer tri-state bidirecional.

Exemplo de aplicação: Registradores

e

buffers

são

elementos

constituintes

de

processadores,

microcontroladores, memórias, etc. Os primeiros, retendo a informação, e os segundos arbitrando sobre o fluxo desta informação.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Para simplificar as ligações, utilizaremos apenas os quatro bits mais significativos do registrador, os demais foram ligados ao terra. Escolha uma combinação qualquer de estados de entrada, mantenha o sinal OE em nível 0, e passe o sinal LE para nível alto, o que ocorre?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

80

Apostila de Treinamento

3 Agora continue, altere o estado das entradas, mantendo OE=0 e LE=1. O que ocorre? O pino LE, ou Latch Enable (habilitação do Latch), corresponde ao clock dos flip-flops D que compõem o registrador. Com base nesta informação, você diária que os flip-flops que compõem o gerador são sensíveis a borda ou a nível?

4. Agora coloque o sinal OE (Output Enable, ou, habilitação das saídas) em nível alto. O que ocorre? Caso você desejasse interligar as saídas de dois registradores deste tipo, seria necessário utilizar um buffer tri-state?

5. Com base nas suas observações anteriores, qual seria uma possível aplicação deste registrador?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

81

Apostila de Treinamento

6. Vamos agora utilizar o buffer bidirecional, para isso, realize as ligações como mostrado a seguir.

7. Também desta vez utilizaremos apenas 4 bits do buffer tri-state, a fim de simplificar as ligações. Note que fixamos o estado do sinal DIR em nível 0, escolhendo a direção A->B (cheque o manual do 74HC245 caso tenha dúvidas). A importância de fixar a direção é evitar que, acidentalmente, a direção seja invertida, fazendo que os pinos An sejam saídas, o que poderia provocar danos ao dispositivo, já que estes pinos estão ligados em geradores de nível lógico. Além disso, ligamos o sinal G (habilitação dos buffers tri-state, esta habilitação é barrada, ou seja, os buffers estão ativos com G=0) a um gerador de nível lógico também. Com G=0, varie o estado das entradas e descreva o que ocorre com as saídas.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

82

Apostila de Treinamento 8. Agora coloque G em nível alto e descreva o que ocorre.

9. Com o auxílio de um multímetro, meça a tensão presente em uma saída Bn qualquer e diga em que valor lógico ela apresenta.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

83

Apostila de Treinamento

Experiência 10: Registrador de Deslocamento Objetivo 

Montar um circuito com registrador de deslocamento;



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED60 – Registrador de Deslocamento



Cabos banana

Introdução Outro circuito muito interessante construído com flip-flops é o registrador de deslocamento (também conhecido por seu nome em inglês, shift-register). Neste circuito, flip-flops tipo D são ligados em cascata, conforme mostrado na figura a seguir, sendo que todos eles compartilham o mesmo clock. Assim, quando o sinal de clock é aplicado (no caso do desenho, os flip-flops são sensíveis a borda de subida), o valor presente na saída do flip-flop 0 passa para a saída do flip-flop 1, o valor na saída do flip-flop 1 passa para saída do flip-flop 2, e assim por diante. E o primeiro flip-flop, passa a ter em sua saída o valor que estava presente na entrada do registrador de deslocamento. OUT 0

Entrada

D

Q

CLK

OUT 1

D

Q

CLK Q

OUT 2

D

Q

OUT 3

D

CLK Q

Q

CLK Q

Q

Clock

Se considerarmos que OUT0 no desenho acima é a saída menos significativa, então podemos representar o deslocamento como mostrado abaixo, e dizemos que a cada clock a rotação de 1 bit para esquerda, ou seja, em direção ao bit mais significativo.

OUT3 OUT2 OUT1 OUT0

Entrada

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

84

Apostila de Treinamento Ao contrário, se dissermos que OUT3 é a saída menos significativa, então o deslocamento equivale ao mostrado a seguir, e dizemos que houve a rotação de um bit a direita, em direção ao bit menos significativo. Ou seja, o sentido da rotação depende do que se considera como bit mais significativo, e de onde está a entrada em relação a este bit.

Entrada OUT0 OUT1 OUT2 OUT3 Uma das muitas aplicações possíveis com este tipo de circuito é a conversão serialparalela. Imagine que temos o trem pulso mostrado abaixo, transmitido em conjunto com o sinal de clock mostrado, ao nosso registrador de deslocamento de quatro bits.

1

1

0

0

1ª

2ª

3ª

4ª

Observando o estado das saídas do registrador logo após a chegada de cada borda de clock temos os mostrado a seguir:

1ª Borda:

X

X

X

0

Entrada=0

2ª Borda:

X

X

0

1

Entrada=1

3ª Borda:

X

0

1

1

Entrada=1

4ª Borda:

0

1

1

0

Entrada=0

Assim, a informação antes que estava na forma serial, em um trem de pulsos, após as quatro bordas está disponível de forma paralela nas saídas do registrador de deslocamento.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

85

Apostila de Treinamento

Procedimento Nesta experiência iremos montar um circuito digital com um registrado de deslocamento de 8 bits.

Exemplo de aplicação: Registradores de deslocamento são utilizados em conversores serial-paralelo e paralelo-serial, que são um elemento importante em qualquer transmissão serial de informação como ocorre nas interfaces USB, Ethernet e Serial do computador.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que ligamos as saídas do registrado de deslocamento aos LEDs existentes na placa (também poderíamos utilizar os LEDs disponíveis no bastidor), e as entradas Serial, CLK e CLR a geradores de nível lógico. Primeiramente dê um pulso em nível baixo no pino CLR, para zerar todas as saídas.

3. Agora aplique a seqüência de valores mostrada a seguir, dando um pulso em nível alto no sinal de clock nas transições entre os valores: CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

86

Apostila de Treinamento

4. Qual o valor binário representado pelas saídas (considere D0 como a saída menos significativa)? Qual o sentido da rotação de bits realizada pelo registrador? Qual o primeiro bit transferido?

5 Agora considere que D0 é a saída mais significativa. Qual o valor presente nas saídas? O sentido de rotação é alterado com esta consideração?

6. Coloque a entrada em 0 e aplique um novo sinal de clock. Compare agora o novo valor nas saídas (considerando D0 como a menos significativa), em base decimal, com o valor em base decimal da sua observação no item 4. Qual a relação entre eles?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

87

Apostila de Treinamento

7. Com base nas suas observações anteriores, qual seria uma possível aplicação prática deste registrador?

8. Aplique um sinal de Clear ao registrador para limpar as saídas. Agora aplique nível 1 a entrada e, em seguida, um pulso de clock. Remova a ligação da entrada serial e o gerador de nível lógico, e interligue-a à saída D7. Por último, aplique diversos pulsos de clock e descreva o que ocorre:

9. Qual seria uma possível aplicação deste circuito?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

88

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

89

Apostila de Treinamento

Experiência 11: Decodificador BCD-Decimal e Decimal-BCD Objetivo 

Montar um circuito com decodificador BCD-Decimal;



Montar um circuito com decodificador Decimal-BCD;



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED65 – Decodificadores BCD <-> Decimal



Cabos banana

Introdução Até vimos uma considerável variedade de circuitos digitais combinacionais e seqüenciais, que realizam algumas funções bastante interessantes. Ainda com este propósito, iremos estudar neste ensaio uma classe de circuitos combinacionais bastante utilizada no projeto de sistemas microprocessados ou microcontrolados, os decodificadores.

Em

eletrônica

digital

geralmente

chamamos

de

decodificadores

circuitos

combinacionais que são capazes de ativar uma de suas saídas, a partir de um valor aplicado em suas entradas. Por exemplo, suponha que tenhamos um decodificador com 4 entradas e 10 saídas como o mostrado na figura a seguir (e também presente no módulo MED65 que utilizaremos neste ensaio).

0 1

D3 D2

Q9 Q8

0 0

1 0

D1 D0

Q7 Q6 Q5

0 1 0

Q4 Q3 Q2

0 0 0

Q1 Q0

0 0

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

90

Apostila de Treinamento De acordo com o valor aplicado à suas entradas, uma de suas saídas é ativada. Então, no exemplo mostrado na figura, foi aplicado as entradas o valor 0110, que corresponde ao decimal 6, portanto a saída 6 é ativada. Como este decodificador utilizado no exemplo possui 10 saídas (Q0 a Q9), o valor presente nas entradas deve estar entre 0 e 9, ou seja, um dígito BCD, por isso ele conhecido como decodificador BCD-Decimal. Neste caso, valores acima de 9, não acionaram nenhuma saída. Mas existem muitos outros tipos de decodificadores, por exemplo, o decodificador Binário-Octal, que possui 3 entradas e 8 saídas (Q0 a Q7), ou o Binário-Hexa, com 4 entradas e 16 saídas (Q0 a Q15).

Estes decodificadores são úteis, por exemplo, em circuitos com processadores ou microcontroladores, em que exista uma quantidade grande de dispositivos compartilhando

o

mesmo

barramento

de dados,

para

a construção

de

decodificadores de endereço mais simples. Por exemplo, suponha como mostrado na figura a seguir que tenhamos um processador que acessa 8 memórias diferentes. Geralmente não podemos dispor de 8 pinos do microcontrolador, muito menos de um processador, para produzir sinais de habilitação individuais a cada memória. Neste caso, poderíamos então utilizar os três bits mais significativos do barramento de endereço, ligados a um decodificador Binário-Octal (também conhecido como 3-8), para produzir estes sinais de habilitação. Processador A15 A14 A13

Decodificador 3-8

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Hab.

Hab.

Hab.

Hab.

Hab.

Hab.

Hab.

Hab.

Mem.0

Mem.1

Mem.2

Mem.3

Mem.4

Mem.5

Mem.6

Mem.7

A12 . . A0

A12 . . A0

A12 . . A0

A12 . . A0

A12 . . A0

A12 . . A0

A12 . . A0

A12 . . A0

Dados

Dados

Dados

Dados

Dados

Dados

Dados

Dados

Dados

A12 . . A0

D2 D1 D0 Q0

Assim, utilizando poucos pinos do processador, e sem demandar circuitos combinacionais complexos, é possível habilitar cada memória com o uso de um decodificador Binário-Octal. Se tivéssemos mais memórias, poderíamos utilizar então o BCD-Decimal, ou ainda o Binário-Hexa. CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

91

Apostila de Treinamento Também existe o decodificador que realiza a operação inversa, isto é, ele possui uma série de entradas, e dependendo de qual entrada encontra-se com nível alto, um valor numérico é apresentado em suas saídas. Supondo então um conversor Decimal-BCD como no exemplo da figura a seguir, se sua entrada I3 está ativa, então o valor 0011 é disponibilizado nas saídas.

0 0

I9 I8

Q3 Q2

0 0

0 0 0

I7 I6 I5

Q1 Q0

1 1

0 1 0

I4 I3 I2

0 0

I1 I0

Nestes dispositivos, se mais de uma entrada encontra-se ativa, geralmente existe um critério de priorização, por exemplo, exibe-se na saída o código da menor entrada ativada.

Como você deve imaginar, se o decodificador BCD-Decimal é útil para um microprocessador acionar diversos dispositivos, o conversor Decimal-BCD é útil para ler diversos dispositivos. Por exemplo, se tivermos um circuito em que um microcontrolador tem de ler 10 teclas, podemos utilizar um conversor Decimal-BCD, para economizarmos pinos do microcontrolador. Em vez de gastarmos 10 pinos, lendo cada tecla individualmente, gastaríamos 4 pinos e leríamos o valor da tecla pressionada.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

92

Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência iremos montar um circuito com decodificador BCD-Decimal e, em seguida, um circuito com decodificador Decimal-BCD.

Exemplo de aplicação: Decodificadores são muito utilizados na interface entre processadores e microcontroladores e seus periféricos.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que ligamos cada uma das saídas a um LED do bastidor, e as entradas, a geradores de nível lógico. Faça diversas combinações de entrada, reproduzindo valores binários entre 0 e 9, e veja para uma delas, qual saída é ativada. Qual a relação entre entradas e saídas?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

93

Apostila de Treinamento

4. Agora coloque nas entradas do decodificador, valores entre 10 e 15, o que ocorre? Por que?

5 Vamos agora utilizar o decodificador Decimal-BCD, para isso faça as ligações mostradas a seguir.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

94

Apostila de Treinamento 6. Note que como contamos apenas com 10 geradores de nível lógico no bastidor, as duas entradas mais significativas foram aterradas. Ativando apenas uma única entrada por vez, descreva o que ocorre com as saídas.

7. Agora ative duas entradas de uma vez, o que ocorre com a saída?

8. Com base nas observações do item anterior, descreva qual seria um possível problema de utilizar um decodificador deste tipo para a leitura de teclas que são pressionados por um usuário.

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

95

Apostila de Treinamento

Experiência 12: Memória RAM Objetivo 

Montar um circuito com uma memória RAM;



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED40 – Memória RAM



Cabos banana

Introdução Outro circuito digital de extrema importância, principalmente na construção de circuitos que realizam algum tratamento de informação, utilizando processadores ou microcontroladores, é a memória. Nestes circuitos, a memória é utilizada não só para armazenar os dados a serem processados, e os resultados obtidos, mas também o próprio programa a ser executado pelo processador ou microcontrolador.

Desde sua origem, duas famílias de memórias têm coexistido, com características particulares que as fazem adequadas para aplicações diferentes. A primeira família inicia-se com as memórias ROM (Read Only Memory – Memória Apenas de Leitura). Estas memórias, como o nome sugere, apenas podiam ser lidas, uma vez que sua gravação era feita fisicamente durante o processo de fabricação do semicondutor, e não podia ser mais alterada. Esta memória era utilizada principalmente para armazenar o programa a ser executado pelo processador ou microcontrolador, o que conhecemos como firmware. Porém, como podemos imaginar, uma série de limitações permeava seu uso. Primeiro, porque sua fabricação apenas era financeiramente viável em grandes volumes, e envolvia um demorado período de fabricação, o que tornava seu uso impraticável para o desenvolvimento dos programas (que como sabemos, envolvem inúmeras operações de alteração do programa, testes do novo programa e novas alterações). Além disso, a atualização do software de um dispositivo, ou manutenção de uma memória defeituosa, envolvia a troca do dispositivo; uma tarefa que exige algum conhecimento técnico para ser realizada, ou seja, a atualização de firmware que estamos freqüentemente acostumados quando lidamos com celulares, vídeo-

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

96

Apostila de Treinamento games, roteadores e outros dispositivos microprocessados, não era nada simples. Tentando contornar parte dessas limitações, outros dispositivos desta família foram desenvolvidos: 

PROM (Programmable Read Only Memory): Também conhecidas como memórias OTP (One Time Programmable). Estas memórias vinham apagadas de fábrica, e podiam ser programadas uma única vez, utilizandose um equipamento chamado de Programador de PROM. Este processo de programação envolvia o uso de tensões elevadas (tipicamente 12Vcc ou 15Vcc), que destruíam fusíveis internos no chip (cada fusível interno representava um bit) fazendo a gravação da informação. Por essa razão estas memórias não podiam ser regravadas.



EPROM (Erasable Programmable ROM): Estas memórias possuíam uma pequena janela localizada na parte superior do componente, que permitiam que a pastilha fosse exposta a luz ultravioleta. Essa exposição, geralmente por períodos de 10 ou mais minutos, fazia com que a memória fosse apagada. Após este processo a memória podia ser gravada, também utilizando um equipamento próprio, que envolvia a aplicação de tensões elevadas, e depois a janela desta memória era selada (com uma etiqueta, por exemplo) para evitar apagamentos acidentais com a exposição a luz do dia. Embora estas memórias tenham tornado o desenvolvimento de firmware possível com seu uso, o processo era relativamente lentos, e seqüentes ciclos de apagamento desgastavam a memória.



EEPROM ou E2PROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Esta memória contém um circuito auxiliar que permite que seu conteúdo seja apagado eletricamente, ou seja, sem a necessidade de luz ultravioleta. As primeiras EEPROMs também necessitavam de tensões elevadas para realizar este apagamento, mas algumas já incluem hoje elevadores de tensão internos, que reproduzem as tensões necessárias a partir da tensão de alimentação. O maior problema deste tipo de circuito é que este circuito auxiliar ocupa espaço significativo na pastilha do chip, o que reduz a densidade, ou seja, o volume de informação que a memória é capaz de armazenar. Além disso, o processo de apagamento é relativamente lento, e geralmente tem de ser realizado byte a byte.



Flash EEPROM : Esta memória é bastante similar ao tipo anterior, com exceção de que, para melhorar o aproveitamento da pastilha e reduzir os ciclos de apagamento, foram criados circuitos auxiliares que realizam o

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

97

Apostila de Treinamento apagamento de toda a memória, ou de bancos dessa memória. Assim, enquanto a EEPROM podia ser alterada byte a byte, sem comprometer o resto do conteúdo da memória. A memória flash geralmente permite apagar apenas seu conteúdo todo, ou bancos (grandes agrupamentos de dados); em compensação como menos circuitos auxiliares são necessários, consegue-se densidades muito maiores (memórias NAND Flash atuais chegam a 32GB), e como o ciclo de apagamento é realizado uma única vez para um grande volume de dados, o processo de programação é mais rápido. A outra família de memórias corresponde as RAMs (Random Access Memories – Memórias de Acesso Randômico). Elas recebem este nome porque permitem que qualquer byte em seu interior seja acessado, ao contrário das memórias seqüenciais (como fitas DAT) em que para acessar o fim da memória, temos de percorrer todo seu início. De qualquer forma este nome não as distingue bem da família anterior, pois, a vasta maioria das memórias ROM, também permitia acesso randômico. A principal característica das memórias RAM, que as diferenciam das memórias ROM, é a volatilidade. A memória RAM geralmente é capaz de reter a informação gravada enquanto ela estiver alimentada, após desligada, a informação é perdida. Também houve abordagens construtivas diferentes na família de memórias RAM: 

DRAM (Dynamic RAM): Este é um dos tipos mais simples de memória RAM, onde cada bit consiste basicamente em um capacitor e um transistor, sendo que a carga do capacitor determina seu nível lógico. Graças essa simplicidade esta memória não só é muito rápida, como também permite a construção de chips com elevada densidade, sendo muito empregadas em computadores, para a armazenagem de programas em execução e dados sendo tratados. Porém, como o capacitor eventualmente perde sua carga após algum tempo, é necessário fazer refresh da memória constantemente, isto é, recarregar os capacitores que devem estar carregados. Por essa razão estas memórias recebem o nome de RAM dinâmica. Em geral as memórias já possuem internamente um circuito adequado para realizar esta recarga, a partir de um sinal temporizado gerado pelo processador.



SRAM (Static RAM): Este é o tipo mais convencional de memória RAM. Cada bit da memória consiste em um flip-flop D, e por essa razão seu estado não é mantido na ausência de alimentação, embora a denominação Static possa dar esta impressão. Na realidade, essa denominação vem do fato de que esta memória não necessita de ciclo de refresh para manter seu conteúdo. Porém, como cada bit é construtivamente mais complexo do que CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

98

Apostila de Treinamento na memória DRAM, as densidades conseguidas com este tipo de memória são menores. 

NVSRAM (Non-Volatile Static RAM): Consistem basicamente de memórias SRAM com uma bateria integrada, que mantém o conteúdo da memória na ausência de alimentação.

Independentemente do tipo, toda memória randômica apresenta 3 tipos de barramento: endereço, dados, e controle; conforme mostrado na figura a seguir. O barramento de dados, em memórias que podem ser gravadas, é bidirecional, sendo que sinais de controle apropriados determinam se a memória deve fornecer o dado no barramento, ou deve gravar o dado presente neste barramento em seu interior. Este barramento pode ter tamanhos diferentes, sendo que os tamanhos mais freqüentes são de 1, 8, 16 ou 32 bits. O barramento de endereços, como o nome sugere, indica qual área da memória está sendo acessada.

O seu tamanho é

função da capacidade da memória, por exemplo, uma memória de 32K x 8 (32 kilobytes) deverá ter 15 bits de endereços, pois 215=32768, ou 32KB. O barramento de controle determina que operações devem ser realizadas, em geral neste barramento encontramos os sinais ̅̅̅̅ (Chip Select, que em zero habilita o chip), ̅̅̅̅ (Output Enable, também pode ser indicado como ̅̅̅̅ - Read, em 0 este sinal determina que a memória deve fornecer dados ao barramento de dados, e não o contrário) e ̅̅̅̅̅ (Write, em zero determina que a memória deve armazenar o dado

WR

Barramento Controle

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

Barramento Dados

existente no barramento).

Barramento Endereços

Memória 32K x 8 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14

CS OE

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

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Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência iremos utilizar um circuito digital contendo uma memória RAM, para armazenar dados que serão inseridos através de geradores de níveis lógicos.

Exemplo de aplicação: As memórias RAM são dispositivos extremamente comuns em circuitos digitais que realizam algum tipo de tratamento de informação, sendo periféricos importantes para microprocessadores e microcontroladores, tanto que muitos destes dispositivos possuem integrados em sua pastilha uma porção de memória RAM, para armazenamento rápido dos dados sendo tratados.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que, como dispomos de apenas 8 geradores de níveis lógicos, ligamos 4 deles aos bits menos significativos do barramento de endereços e, os outros 4, aos bits menos significativos do barramento de dados. Nessa configuração quais intervalos de endereços poderão ser acessados, e quais dados poderão ser armazenados?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

100

Apostila de Treinamento

3. Para realizarmos a gravação de um dado na memória, devemos seguir o seguinte procedimento (na sequencia indicada): 

Mantemos o sinal OE em nível alto;



Escolhemos o endereço a ser gravado;



Definimos o dado que será gravado;



Colocamos o sinal CS em nível baixo;



Colocamos o sinal WR em nível baixo;



Retornamos CS e WR para nível alto.

A figura a seguir exibe o trem de pulsos de um ciclo de gravação:

Fonte: Datasheet 62256 – Samsung Electronics

Note que pelo diagrama acima, o dado deve permanecer válido durante as bordas de subida de WR e CS, de qualquer forma, para evitarmos erros de gravação, manteremos o dado estático durante todo o ciclo de gravação (que se inicia com CS transitando para 0, e termina com CS e WR retornando a nível 1).

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

101

Apostila de Treinamento 4. Agora que sabemos como gravar um dado, vamos preencher seus endereços 0-F com valores de nossa escolha. Registre na tabela abaixo, na coluna “Dado Gravado”, os valores gravados em cada endereço para referência nos passos seguintes:

Endereço

Dado Gravado

Binário

Decimal

0000

0

0001

1

0010

2

0011

3

0100

4

0101

5

0110

6

0111

7

1000

8

1001

9

1010

10

1011

11

1100

12

1101

13

1110

14

1111

15

Binário

Decimal

Dado Lido Binário

Decimal

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102

Apostila de Treinamento 5. Para que sejamos capazes de ler os dados gravados, temos de ligar o barramento de dados aos indicadores de nível lógico como mostrado a seguir: É importante que as ligações sejam feitas com o painel ligado (para que a memória não perca o conteúdo), e antes de realiza-las certifique-se que CS e WR estão em nível alto, para evitar gravações acidentais.

6. O procedimento de leitura é bastante simples, para lermos um dado basta seguir os seguintes passos: 

Mantemos o sinal WR em nível alto;



Mantemos CS e OE em nível baixo;



Escolhemos o endereço a ser lido.

OBS: Enquanto CS e OE estiverem em nível alto, o dado estará disponível no barramento, por isso é importante ter cuidado para não inserir níveis lógicos quando o barramento está operando como saída.

A figura a seguir exibe o trem de pulsos de um ciclo de gravação:

Fonte: Datasheet 62256 – Samsung Electronics

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

103

Apostila de Treinamento 7. Siga o procedimento de leitura apresentado no item anterior e realize a leitura de todos os endereços previamente gravados, preenchendo a tabela do item 4. Os valores lidos correspondem aos valores gravados?

8. Agora desligue o bastidor e o mantenha desligado por alguns segundos. Em seguida repita a leitura de cada um dos endereços. Os valores continuam preservados? Explique o por que.

9. Com base nas observações do item anterior, tem explicar por que a memória RAM é tão utilizada apesar da volatilidade? Não seria melhor empregar memórias Flash EPROM ou E2PROM em seu lugar?

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

104

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

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Apostila de Treinamento

Experiência 13: Conversor D/A Objetivo 

Montar um circuito com um conversor D/A do tipo R-2R



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED25 – Conversor D/A



Multímetro e cabos banana

Introdução Até este ponto de nosso estudo da eletrônica digital, vimos uma vastidão circuitos que realizam uma série de operações, todas elas em âmbito digital. Isto é, onde cada sinal pode apresentar dois níveis lógicos distintos (0 ou 1), representados por valores de tensão específicos (conforme vimos nos primeiros ensaios), e que geralmente são convencionados como 0V e 5V, respectivamente. Muito embora, em âmbito digital possamos realizar uma grande gama de operações de cunho aritmético e lógico – o que forma a base do processamento de dados, muitas vezes desejamos que os resultados destas operações fossem levados ao mundo analógico. Um exemplo imediato é som. Atualmente, com os avanços dos filtros digitais, novos padrões para a codificação e compressão de som (como o MP3), além da difusão das comunicações digitais (com transmissão de voz em meios intrinsecamente digitais), o som é geralmente tratado, armazenado e transmitido em formato digital. Porém, para que ele seja reproduzido é necessário que ele volte ao formato analógico. Para isso são empregados os Conversores Digitais–Analógicos, abreviados como Conversores D/A, que utilizaremos neste experimento. A conversão D/A é um processo que consiste em transformar um valor numérico, representado por um conjunto de bits, em um valor de tensão pré-determinado. Geralmente ele é representado por um bloco como o mostrado abaixo: D0 D1 D2

Conversor D/A 4 bits

Saída

D3

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

106

Apostila de Treinamento Obviamente, se esta conversão utiliza como operando de entrada um determinado valor numérico, então a forma como este valor é representado pelos bits é relevante. Ou seja, um conversor D/A que possui entrada BCD, é diferente de um conversor D/A que apresenta a entrada em código Gray, que por sua vez, é diferente de um conversor D/A que possui entrada em formato binário. Como vimos em ensaios anteriores, os mesmos conjuntos de bits representam valores numéricos diferentes em cada um destes padrões. Por sorte, a vasta maioria dos conversores D/A

existentes

trabalham

com

entradas

em

formato

binário,

então

a

incompatibilidade dos padrões não chega a ser um problema no dia a dia. Embora estes conversores D/A trabalhem com entradas em padrão binário, não significa que uma entrada 0001b, correspondente ao decimal 1, produz uma saída de 1V, e que uma entrada 0010b, correspondendo ao decimal 2, leva a uma saída de 2V. Isso porque existe um fator de escala, ou seja, a saída de um conversor D/A é sempre proporcional a valor numérico da entrada, mas não necessariamente o mesmo valor em volts.

O valor na saída de um conversor D/A geralmente é

calculado a partir da tensão de referência, que é justamente o maior valor de tensão que pode haver na saída do conversor e que muitas vezes corresponde à própria tensão de alimentação do conversor. A fórmula é bastante simples:

Assim por exemplo um conversor D/A de 4 bits, alimentado com 5V, e cuja entrada está com o valor 0010b, terá o seguinte valor de saída:

Note que o denominador da fórmula (2Num.Bits), corresponde justamente ao valor máximo que pode ser inserido na entrada, em outras palavras, a saída é sempre uma fração da tensão de referência. Calculando a saída deste conversor para o próximo valor de entrada (0011b) temos:

Este incremento no valor da saída, quando passamos de um valor numérico para seu sucessor é conhecido como degrau da Conversão D/A. No nosso caso o degrau é de 0,3125V. Note que é impossível obtermos na saída um valor de tensão entre 0,625V e 0,9375V, por esta razão, é desejável que o um conversor D/A tenha o menor

degrau possível,

para que mais valores

analógicos possam

ser

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

107

Apostila de Treinamento representados. Por exemplo, se desejamos ter uma saída de 0,8V, teríamos de aproximar para 0,625 ou 0,9375V (provavelmente o primeiro, pois é mais próximo). Para diminuir o degrau de um conversor D/A é necessário aumentar sua resolução, isto é, o numero de bits de entrada. Veja na figura abaixo a comparação entre dois conversores, de 4bits e 8bits, ambos alimentados com 5V. Veja como em 8 bits o valor do degrau é sensivelmente inferior ao valor do degrau do conversor de 4bits. 6

Valor da Saída (V)

5 4 3 Saida Conv. 4Bits 2

Saida Conv. 8Bits

1

1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188 199 210 221 232 243 254

0 Valor da Entrada

Porém, a informação nem sempre se encontra com uma maior quantidade de bits e, além disso, quanto maior a resolução, mais complexo o conversor. A figura a seguir, mostra o diagrama de um circuito muito empregado para realizar a conversão digital-analógica, a malha R-2R, o qual será estudado neste ensaio. Este circuito recebe este nome, pois é construído com resistores de valores R (um valor qualquer arbitrário, preferencialmente da ordem de alguns milhares de ohms) e seu dobro, 2R.

É relativamente simples demonstrar que a saída é dada por (faça como exercício):

Considerando-se que cada tensão pode assumir apenas um de dois valores de tensão possíveis (0V ou Vref), então esta fórmula é equivalente a fórmula que vimos anteriormente. Faça o teste, para uma determinada combinação binária. CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

108

Apostila de Treinamento

Procedimento Nesta experiência iremos utilizar um conversor D/A, construído com malha R-2R, para converter valores digitais em analógico.

Exemplo de aplicação: Os conversores D/A estão presentes sempre que um circuito digital deve possui alguma interface com o mundo analógico, como ocorre em placas de som, tocadores de MP3, celulares, etc., para converter o áudio, geralmente armazenado e transmitido em formato digital, em valores analógicos reproduzidos pelo altofalante.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que ligamos a entrada do nosso conversor D/A aos geradores de nível lógico. Além disso, perceba que o circuito é um pouco diferente daquele mostrado na introdução teórica, isto porque ele possui um amplificador operacional na saída. Porém, a função deste amplificador é atuar apenas como buffer de corrente,

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

109

Apostila de Treinamento reproduzindo o valor de tensão na entrada não-inversora, na saída do circuito (consulte sua apostila de eletrônica analógica para maiores detalhes). 3. Com auxílio de um multímetro, vamos medir o valor da tensão de saída, para alguns valores de entrada, conforme a tabela a seguir: Entrada Dec.

Entrada Bin.

Tensão na Saída

0 1 4 8 16 32 64 128 129 132 136 144 160 192 193 200 208 216 232 255

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

110

Apostila de Treinamento

4. Com os dados levantados no item anterior, plote um gráfico da tensão de saída em função dos valores na entrada:

5. Qual o valor do coeficiente angular do gráfico levantado no item anterior? Ao que ele corresponde?

6. A partir de suas observações nesta experiência, esboce como seria possível construir um gerador de rampa utilizando um conversor D/A:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

111

Apostila de Treinamento

7. Cite algumas aplicações em que o conversor D/A poderia ser utilizado em conjunto com outros dispositivos que aprendemos ao longo do curso:

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

112

Apostila de Treinamento

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

113

Apostila de Treinamento

Experiência 14: Conversor A/D Objetivo 

Montar um circuito com um conversor A/D



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED45 – Conversor A/D



Multímetro



Cabos banana

Introdução No ensaio anterior estudamos um determinado tipo de circuito capaz de converter um conjunto de bits, representando um valor numérico, em um valor de tensão. Durante este ensaio, você provavelmente deve ter se perguntado se é possível realizar o processo inverso, isto é, se é possível transformarmos um determinado nível de tensão, em um valor numérico representado por um conjunto de bits. A resposta como você deve imaginar é sim, e esta tarefa é realizada pelo conversor A/D, abreviação de conversor Analógico-Digital. Assim como o conversor D/A, o conversor A/D desempenha papel importante permitindo que os circuitos digitais possam receber informações oriundas de dispositivos analógicos, como sensores e transdutores. Retomando então o exemplo do som, podemos digitalizar o sinal oriundo de um microfone (que é um transdutor que converte energia mecânica em elétrica), para que este seja tratado, armazenado ou transmitido em meios intrinsicamente digitais. Assim como no caso da conversão digital-analógica, o formato com que os valores numéricos serão representados através de sinais digitais é relevante e, analogamente aos D/As, a vasta maioria de conversores A/D também trabalha com o formato binário. A resolução também é outra característica de extrema importância para o conversor A/D, afinal como vimos no ensaio anterior, a resolução afeta diretamente o degrau do conversor e, por conseguinte, a precisão da conversão. Por exemplo, um conversor A/D de 4bits, com tensão de referência de 5V (que equivale ao maior

CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

114

Apostila de Treinamento valor de tensão que pode ser aplicado à sua entrada), terá um degrau equivalente a 5÷24=0,3125. Um conversor A/D de 8bits, utilizando a mesma tensão de referência, teria um degrau igual 5÷28=0,01953, 16 vezes menor. Mas na prática o que isto significa? Vejamos como os conversores se comportariam quando a eles fossem aplicados um sinal de 0,1V (assumindo que eles converteriam para o valor binário mais próximo) - Conversor de 4bits: 0,1V -> 0000b Erro = Valor Real – Comb.Binária x Degrau Erro = 0,1V – 0 x 0,3125 = 0,1V - Conversor de 8bits: 0,1V -> 0000 0101b Erro = Valor Real – Comb.Binária x Degrau Erro = 0,1V – 5 x 0,01953 = 0,00234V Este erro calculado acima é conhecido como erro de quantização, que consiste no erro introduzido pela conversão analógica-digital pela aproximação do valor real, ao valor numérico mais próximo disponível. Percebemos claramente acima, que o conversor A/D de 8bits, possui menor erro de quantização. Existem algumas topologias que podem ser empregadas na construção de um conversor A/D. As mais comuns são o conversor A/D por rampa (cujo diagrama interno é mostrado abaixo), o conversor de aproximações sucessivas (abreviado para SAR – Successive Approximation Register), o conversor flash e o Delta-sigma. Abordaremos aqui o primeiro tipo, já que não é o objetivo desta apostila esgotar toda a teoria, mas caso tenha interesse pesquise os demais circuitos em livros ou mesmo na internet.

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Apostila de Treinamento O conversor A/D do tipo rampa, mostrado na figura acima trabalha da seguinte maneira: dado que um determinado valor analógico é aplicado a sua entrada, um contador inicia sua contagem, sendo que suas saídas estão ligadas a um conversor D/A. O resultado é que temos, na saída deste conversor D/A, uma rampa crescente de tensão (veja a experiência anterior, como foi construído um gerador de rampa). Esta rampa é comparada ao valor analógico de entrada, quando o valor de tensão da rampa é imediatamente acima do valor de entrada, um pulso é enviado a um latch, que armazena o estado atual das saídas do contador, sendo este justamente o resultado da conversão. Perceba que nesta conversão, a aproximação é feita sempre para a sequência binária imediatamente acima, e não para a sequência mais próxima, como tínhamos suposto no nosso exemplo anterior (refaça o exemplo anterior, supondo esta condição, e veja os impactos nos erros de quantização). A aproximação sempre para valores superiores é uma das críticas a este circuito. Outra é o tempo variável que uma conversão demora. Se o valor analógico de entrada for pequeno, a rampa logo o supera e a conversão termina. Por outro lado, se ele for próximo a Vref, a conversão demorará mais, já que a rampa atingirá este valor, apenas próximo do fim da contagem. Estas limitações levaram ao surgimento de outras arquiteturas, como aquela utilizada pelo conversor que estudaremos neste ensaio, a conversão por aproximações sucessivas. A simbologia do conversor A/D é muito semelhante a do conversor D/A, como pode ser visto abaixo. Porém, como a conversão A/D envolve uma série de procedimentos, é muito comum que os conversores tenham dois sinais de controle o SOC (Start of Conversion), de entrada, que sinaliza que um novo valor analógico foi inserido para ser convertido; e o EOC (End of Conversion), de saída, indicando a circuitos externos que a conversão já foi concluída. SOC

EOC D0

Entrada

Conversor A/D 4 bits

D1 D2 D3

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Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência iremos utilizar um conversor A/D, baseado em um circuito integrado bastante difundido, o ADC0809.

Exemplo de aplicação: Os conversores A/D são elementos essenciais na interface com o mundo analógico, permitindo que valores oriundos de sensores e transdutores, sejam digitalizados, para que possam ser tratados, armazenados ou transmitidos em meios digitais. Assim, podem ser encontrados em aparelhos celulares, placas de captura de som ou vídeo, controladores lógicos programáveis, entre outros.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que ligamos a entrada E0 do nosso conversor A/D ao centro de potenciômetro que apresenta suas extremidades ligadas a 5V e GND. Assim, poderemos variar o valor da tensão aplicada na entrada, sempre respeitando o limite máximo de 5V, já que Vref+ e Vref- estão ligadas em 5V e GND, respectivamente. Por último veja que ligamos os sinais de controle a geradores de nível lógico, para que possamos controlá-los CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

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3. Antes de alimentar o bastidor, certifique-se de que todos os sinais de controle (principalmente OE) estão em nível baixo, em caso contrário o Conversor A/D pode ficar travado. Se isto ocorrer, desligue o painel, coloque os sinais de controle em nível baixo e religue. 4. Para realizar a conversão é necessário seguir os seguintes procedimentos, na ordem indicada:     



Escolha o endereço da entrada analógica a ser convertida, sendo que ADDC é o bit mais significativo e ADD A, o menos significativo; Coloque o sinal ALE (Address Latch Enable) em nível alto, para que o novo endereço seja lido; Coloque o sinal de Start em nível alto, para que a conversão inicie. Retorne os dois sinais para nível baixo. Note que a realização foi concluída quase instantaneamente (sinal EOC foi para nível baixo e retornou a nível alto, indicando a conclusão – a conclusão será tão mais rápida quanto maior for o clock, neste caso estamos trabalhando com o clock ligado ao gerador de 10kHz); Coloque OE em nível alto para que o novo valor seja disponibilizado nas saídas.

A figura a seguir exibe a carta de tempo deste processo:

Fonte: Datasheet ADC0809 – National Semiconductor

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5. Com o auxílio de um multímetro, ajuste a tensão na entrada analógica para os valores mostrados na tabela a seguir e registre o valor obtido da conversão. Entrada Analógica

Saída Bin.

Saída Dec.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

6. Este nosso conversor também pode funcionar em modo on-line, realizando conversões sucessivas. Para isto interconecte a saída EOC à entrada Start e mantenha o sinal OE sempre alto. Varie a tensão analógica e note que a nova conversão é feita automaticamente.

7. Cite aplicações em que cada um dos modos, on-line (conversões contínuas) e stand-by (conversão solicitada pelo usuário) são mais indicados.

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8. Como os bits significativos se comportam? Eles assumem valores estáticos ou variam bastante? Explique o por que.

9. De acordo com sua resposta do item anterior, explique como isto pode afetar a conversão, e como isso pode ser corrigido.

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Experiência 15: Multiplexadores e Demultiplexadores Objetivo 

Montar um circuito com Mux e Demux



Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito.

Material utilizado 

Bastidor LEG2000



Módulo MED10 – Conversor A/D



Multímetro



Cabos banana

Introdução No ensaio anterior trabalhamos com um conversor A/D que possuía 8 entradas analógicas, será que este conversor consistia na realidade de 8 conversores A/D de 1 canal, cada um ligado a uma entrada? A resposta é não, a menos que a fabricante do chip não estivesse preocupada com custos, o que não é uma verdade. Aquele conversor A/D que utilizamos continha internamente um único conversor A/D de 1 canal, ligado a um multiplexador de 8 canais. O multiplexador, ou simplesmente mux, é um circuito eletrônico (que pode ser analógico ou digital) que apresenta um determinado número de entradas e uma única saída. Ele funciona como uma chave seletora, permitindo conectar uma de suas entradas a sua saída. A figura a seguir mostra um diagrama funcional de um mux de 5 canais:

O funcionamento é bastante simples, dependendo do valor presente nos sinais de seleção (S0 a S2) uma determinada entrada é conectada à saída. Obviamente, o número de sinais de seleção é determinado pelo número de entradas existentes. No exemplo anterior, tínhamos um mux com 5 canais e três sinais de CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL

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Apostila de Treinamento seleção, mas note que se houvessem apenas 4 entradas, apenas dois sinais seriam necessários (22 = 4). Como dissemos, os multiplexadores podem ser digitais ou analógicos. Os multiplexadores digitais são construídos com portas lógicas e, tanto sua entrada como saída, apenas podem assumir dois valores de tensão, representando os níveis lógicos 0 e 1. A figura a seguir mostra um multiplexador digital de dois canais: E0

Saída E1

S

Já os multiplexadores analógicos são construídos com transistores MOS-FET e podem operar com qualquer sinal analógico que esteja entre Vcc (tensão de alimentação do multiplexador) e GND. O circuito que realiza a função inversa é conhecido como demultiplexador, ou simplesmente demux. Ele possui apenas uma entrada e duas ou mais saídas, interligando esta entrada comum a uma das saídas, de acordo com o sinal de seleção. Enquanto um demux digital apresenta um circuito digital diferente do mux digital, o mesmo não ocorre par ao mux/demux analógicos. Como estes dispositivos atuam como chaves que permitem ou não a condução de sinais em seu interior, o mesmo dispositivo pode atuar como mux ou como demux, dependendo apenas do sentido do sinal que circula por ele.

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Apostila de Treinamento Procedimento Nesta experiência iremos construir um circuito com um multiplexador e um demultiplexador.

Exemplo de aplicação: Os mux e demux podem ser utilizados onde quer que o chaveamento de múltiplos pontos para um ponto único seja necessário, como por exemplo, em PABX (ligando vários ramais a uma única linha externa), em conversores A/D e D/A, para permitir que um mesmo circuito de conversão seja utilizado para várias entradas/saídas, entre outros.

1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir:

Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

2. Note que ligamos as duas últimas entradas a geradores de nível lógico e a primeira entrada ao centro do potenciômetro de 1K, cujas extremidades estão ligadas em 5V e GND. Assim teremos tanto sinais digitais quanto analógicos (obtidos por ajuste do potenciômetro) transitando por nosso mux.

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Apostila de Treinamento 3. Conecte um multímetro à saída do multiplexador e coloque todos os sinais de seleção, assim como o sinal INH, em nível baixo. Varie a posição do potenciômetro e descreva o que você observa no multímetro:

4. Altere o estado lógico dos geradores conectados às últimas entradas do mux. O que ocorre?

5. Agora coloque o sinal INH em nível alto, o que ocorre? Para que serve este sinal?

6. Vamos tornar esta experiência mais interessante, ligando mux e demux conforme mostrado a seguir:

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Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático desligado.

7. Note que os sinais de seleção e INH do mux e demux estão interligados, ou seja, a seleção feita para o mux, também valerá para o demux. Pois bem, conecte um multímetro a primeira saída do demux e, em seguida, varie os sinais de seleção como na tabela abaixo, preenchendo o estado dos LEDs e multímetro a cada seleção. Seleção

LEDs

Multímetro

000 001 010 011 100 101 110 111

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8. Indique agora para cada seleção, qual o sentido do fluxo do sinal: Seleção

Fluxo de sinal

000 001 010 011 100 101 110 111

9. De acordo com suas observações acima, o que você pode concluir? É possível fazer a distinção entre mux e demux?

9. Uma forma de aproveitar melhor o meio físico, transmitindo-se vários sinais pelo mesmo meio é conseguida através da multiplexação TDM. Pesquise como ela funciona e descreva abaixo de maneira sucinta.

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