sistemas digitais

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Instituto Superior Técnico - Universidade Técnica de Lisboa
Sistemas Digitais 2010/2011
LEIC
SISTEMAS DIGITAIS
Ambiente de Trabalho e Portas Lógicas
(Hardware)
Objectivo: Este trabalho destina-se a pôr os alunos em contacto com o equipamento do laboratório,
com os componentes a utilizar e com os catálogos dos fabricantes. Durante o decurso deste trabalho
recorra ao auxílio do docente presente na aula sempre que precisar. Pergunte tudo o que quiser. Ele
está lá para esse efeito. Para muitos de vocês, este é o primeiro contacto com um laboratório deste
tipo. É normal ficar confuso no início. É desejável, porém, sair com as ideias arrumadas e com uma
boa avaliação. Assim, leia e prepare o trabalho com antecedência. Tome em atenção a informação
constante nos Anexos.
Para este trabalho introdutório, pode utilizar uma cópia deste enunciado como relatório, e desenhar
o esquema eléctrico sobre o logigrama apresentado.
Os pontos 1.1 e 1.2 deverão ser feitos a individualmente (e não em grupo) antes da aula de
laboratório.
1 - MONTAGEM DE UM CIRCUITO LÓGICO
Considere o seguinte logigrama:
A
1
G
≥1
B
1.1. Determine, teoricamente, a função do circuito:
F
F=
1.2. Completar o esquema do circuito
Para ser concretizado este circuito necessita de utilizar 2 circuitos integrados:
• 74LS04 – porta NOT
• 74LS32 – porta OR
Complete o logigrama acima com a referência dos integrados a utilizar e com a identificação dos
pinos das portas de forma a obter um esquema eléctrico do circuito a montar (ver Anexo A). Para
tal deve escolher quais as portas a utilizar com base na especificação do integrado, a qual pode ser
obtida no catálogo. Partes relevantes deste catálogo podem ser obtidas a partir da página da cadeira
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(veja exemplo na figura seguinte). Após este passo, estamos preparados para efectuar a montagem
do circuito.
1.3. Material necessário para a montagem.
•
•
•
Base de Montagem
Circuitos Integrados (confira especificações no catálogo)
o 74LS04 – NOT
o 74LS32 – OR
Ponta de Prova, Alicate, Fios.
1.4. Realização da montagem.
Para fazer a montagem comece por inserir os integrados na breadboard da base de montagem. Leia
o Anexo B para mais informação. Tenha em atenção os diferentes métodos utilizados para
identificar o pino 1 de cada integrado (recorte semi-circular ou pequeno ponto junto ao pino).
Oriente os integrados de forma a que o pino 1 fique no canto superior esquerdo. Tenha ainda em
atenção que para funcionarem correctamente todos os circuitos integrados necessitam de ser
alimentados (Vcc = 5V; GND = 0V).
Na utilização da breadboard (e por conseguinte na realização da montagem) tenha em atenção a
existência de diversas pistas horizontais. As pistas na parte superior e inferior da breadboard
destinam-se às linhas de alimentação (+5V e massa). As pistas na zona central da breadboard, com
as quais os pinos dos integrados irão fazer contacto após a sua inserção, destinam-se a efectuar as
ligações entre as diferentes portas lógicas (o docente irá clarificar este ponto no início da aula).
Note que deve ainda efectuar as ligações das entradas do circuito aos interruptores existentes na
base de montagem e ligar as saídas do circuito aos indicadores lógicos também disponíveis na base.
1.5. Ligue a base de montagem e determine experimentalmente a função do circuito.
(Assuma que o indicador lógico -- LED -- aceso indica um 1 e apagado indica um 0).
Preencha a tabela de verdade 1 da função lógica F.
1.6. Utilização da Ponta de Prova
Ligue agora os terminais de alimentação da ponta de prova à fonte. Observe o que se passa com a
ponta de prova quando ela toca nos 5V, na massa e quando fica "no ar". Usando um fio pequeno
como auxiliar, observe com a ponta os níveis num interruptor nas suas duas posições.
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Atenção: Nunca force a introdução da ponta nos buracos dos breadboards. Não só não tem
garantias dos resultados (pois a haver contacto com o metal interno ele é infiável), como degrada o
breadboard.
Que observou quando a ponta toca nos 5V, na massa e quando fica "no ar"? Que observou no
terminal do interruptor?
Utilizando a ponta de prova determine a tabela de verdade da função lógica G, preencha a Tabela 2.
Tabela 1: Função Lógica F
A
B
F
0
0
0
1
1
0
1
1
Tabela 2: Função Lógica G
A
B
G
0
0
0
1
1
0
1
1
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ANEXO A – Como obter um esquema eléctrico completo a partir de um
logigrama?
Um dos primeiros passos para concretizar fisicamente um circuito digital, é a transformação do
logigrama do circuito num esquema eléctrico.
&
>=1
&
&
Figura 1 – Exemplo de um logigrama.
Um logigrama contém unicamente informação lógica. Para obter um esquema eléctrico tem que se
adicionar ao logigrama um determinado conjunto de informações:
• As portas lógicas têm que estar identificadas com uma etiqueta que indica o Circuito Integrado a
que pertencem (neste exemplo U1, U2 e U3);
• Deve existir uma legenda que indica o que significa a etiqueta (por exemplo U1 identifica uma
porta lógica que está num integrado SN74LS08);
• Cada entrada e saída de cada porta lógica tem que estar assinalada com o número do pino do
integrado que lhe corresponde fisicamente (tal como foi ensinado na primeira aula de
laboratório).
Deve ser preferencialmente utilizada a simbologia definida na norma IEC 617 Parte 12 (quando se
optar por desenhar o esquema eléctrico em computador utilizar-se-á obviamente a simbologia
disponibilizada pelo software utilizado). A Figura 2 indica o esquema eléctrico obtido a partir do
logigrama apresentado anteriormente (Figura 1).
1
U1
&
2
U2
1
2
U3
1
2
14
43
U1 - SN74LS08
U2 - SN74LS32
U3 - SN74LS10
3
>=1
3
4
U1
&
6
5
&
3
Figura 2 – O esquema eléctrico obtido a partir do logigrama da Figura 1.
Se existirem vários integrados do mesmo tipo, têm que ser utilizadas etiquetas distintas para cada
um. Por exemplo, se para além das portas indicadas no circuito da figura, forem necessárias ainda
mais 5 portas Nand de 2 entradas, então terão que se utilizar 2 integrados 74LS00, pois cada 7400
contém 4 portas Nand. O novo 74LS00, do qual serão utilizadas 3 portas, deverá ser chamado U4.
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O desenho do esquema eléctrico (e do logigrama caso seja pedido) pode ser feito à mão ou
utilizando software adequado. Se o software utilizado para o desenho não permitir colocar todas as
informações indicadas, então estas terão que ser acrescentadas à mão.
Assim que começarem a ser utilizados integrados mais “complexos” (como por exemplo
contadores), deve utilizar-se simbologia normalizada, pois facilita imenso o sucesso da montagem,
o que vai implicar o desenho dos circuitos à mão na maioria dos casos.
O desenho do esquema eléctrico implica o acesso a determinadas informações. Como foi
anteriormente indicado, essas informações podem ser encontradas nos catálogos que estão no
laboratório, ou sob forma electrónica (através do Google, na página Texas Instruments, da Philips,
da National, etc.).
ANEXO B – Passos para a montagem de um circuito no laboratório
Neste anexo pretende-se mostrar os passos a dar para a montagem de um circuito a partir de um
logigrama como o exemplificado na Figura 1:
1. Identificar e procurar CI’s necessários (na web ou no catálogo)
2. Acrescentar ao logigrama a informação necessária para obter um esquema eléctrico
completo (ver anexo A)
3. Começar a montagem:
a. Colocar os CI’s na breadboard de forma correcta (ver Figura 3) e de preferência
ordenados de acordo com a numeração definida no esquema eléctrico
Figura 3 – Exemplo de colocação dos circuitos integrados na breadboard.
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b. Definir uma linha da breadboard para ligação ao VCC e outra para ligação ao GND
c. Ligar alimentações de cada CI (ver Figura 4)
d. Fazer as restantes ligações a partir do esquema eléctrico
Figura 4 – Exemplo de colocação e alimentação dos Circuitos Integrados na breadboard.
4. Verificar a montagem
5. Ligar alimentação da base
6. Testar circuito (fazer a tabela de verdade e detectar erros por comparação com a mesma)
7. Corrigir eventuais falhas utilizando a ponta de prova (ver ANEXO C)
ANEXO C: O que devo fazer se o circuito não funcionar?
As falhas mais frequentes na realização de uma montagem podem ser classificadas em:
•
Entrada/saída em aberto (devida, por exemplo, a uma ligação por um fio defeituoso);
•
Curto-circuito a Vcc (+5V) ou GND (0V) (devido a erro de montagem);
•
Curto-circuito entre pinos (devido a erros de montagem ou defeito na breadboard).
Após verificar que todas as ligações efectuadas estão de acordo com o seu projecto, use a ponta de
prova lógica que lhe é fornecida para:
1. Verificar as alimentações de todos os circuitos integrados (Vcc e GND).
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2. Detectar quais as combinações de entrada para as quais a saída não é correcta.
3. Forçar o circuito para uma situação de erro, selecionando uma das combinações de entrada
para a qual a saída não é correcta.
4. Percorrer o circuito ponto-por-ponto, no sentido da saída errada para as entradas que a vão
sistematicamente antecedendo (para cada ligação verifique se os valores lógicos nos dois
extremos da ligação coincidem).
5. Tendo localizado a origem do erro, corrija-o. Verifique a existência de outros erros. Se
necessário regresse ao ponto 2.
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