Apostila 1
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Apostila 1 Experimentos de Circuitos de Eletrônica Digital Nomenclaturas e Sistemas de Unidades Lei de Ohm: U= R x i Unidades da Lei de Ohm: nome Nomenclatura tensão ou ddp Volts corrente ou àmpere Amperes resistência Ohm Simbolo V A Cálculo de Req em circuitos com resistências ligadas em: Série Req = R1 + R2 + …+ Rn Paralelo 1 1 1 1 = + +…+ R1 R2 Rn Req Sistema de Unidades Decimal Potência Nomenclatua 10+12 Tera +9 10 Giga +6 10 Mega 10+3 Kilo 10-3 mili -6 10 micro -9 10 nano -12 10 pico Símbolo T G M K m p Tabela de Cores Para Resistências e Capacitores Cor Preto Marrom Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinza Branco Prata Ouro 1o anel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 2o anel 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 3o anel x1 x10 x100 x1000 x10000 x100000 x1000000 x0,01 x0,1 4o anel 1% 2% 3% 4% 10% 5% LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS AULA 02 Experiências Básicas com Portas Lógicas - parte 1 INTRODUÇÃO Esta é a primeira de uma série de práticas nas quais analisaremos o funcionamento das portas lógicas. Para tal análise contaremos com os componentes e circuitos integrados do laboratório para montar experimentos dos quais obteremos o estado lógico das saídas das portas lógicas e construiremos suas respectivas tabelas verdade. Nesta primeira prática estudaremos as portas lógicas AND. Uma porta lógica AND com duas variáveis de entradas é representada pelo seguinte símbolo: E sua expressão booleana é S = A . B. Portas AND com mais entradas podem ser obtidas pela combinação de portas AND de duas entradas como, por exemplo, uma porta AND de três entradas: EQUIPAMENTOS 1 protoboard com fonte 2 push-buttons (botões) ou switch (chave) 1 led 1 resistor de 330 1 CI 74LS08 - quatro portas AND de duas entradas alicate/pinça, fios e multímetro EXPERIÊNCIA 01 - Implementando portas AND com chaves A melhor forma de compreender o funcionamento elétrico de uma porta lógica é por meio de sua implementação utilizando chaves simples. Nessa primeira experiência implementaremos a porta lógica AND utilizando os dois push-buttons, o led e um resistor. A figura abaixo mostra o circuito elétrico que ilustra o funcionamento da porta lógica AND utilizando as chaves. 1. Monte o circuito acima utilizando o protoboard e os compenentes fornecidos; (no caso de Epitácio utilizar o Protheus) 2. Complete a Tabela 1 no final da apostila, verificando se o led está aceso (nível lógico 1) ou apagado (nível lógico 0) EXPERIÊNCIA 02 - Implementando portas AND com circuitos integrados Comercialmente podemos encontrar componentes eletrônicos que desempenham as funções das portas lógicas básicas. O componente eletrônico que implementa a porta lógica AND de duas entradas é o 74LS08, que possui quatro portas lógicas AND, conforme pode ser visto na figura abaixo. Estes componentes eletrônicos precisam de uma fonte de alimentação de 5V e normalmente são alimentados pelos pinos 7 (0V) e 14 (+5V). Cuidados com os CI’s: 1. Os fios da alimentação elétrica do circuito devem ser sempre os últimos a serem ligados, tomando-se sempre o cuidado de conferir todas as ligações antes de ligar a alimentação. 2. A inversão dos fios de alimentação queimará o componente eletrônico. 3. Devido a fragilidade dos terminais do componente (pinos), deve-se tomar cuidado tanto no encaixe como na retirada do componente do protoboard, assim como no seu manuseio. Nesta experiência utilizaremos apenas uma porta do circuito integrado. 1. Encaixe o CI 74LS08 na via central do protoboard (de maneira que ele fique “em cima” de uma das fendas). 2. Monte o circuito conforme mostra a figura abaixo: 3. Utilizando os fios A e B, alterne os valores de tensão (0V ou +5V) nos pinos 4 e 5 e complete a Tabela 2 no final da apostila. EXPERIÊNCIA 03 - Implementando portas AND de 3 entradas Conforme mostrado na introdução, podemos implementar uma porta lógica de três entradas utilizando duas portas lógicas de duas entradas. Podemos então utilizar o mesmo CI (74LS08) para esta experiência. 1. Utilizando o mesmo procedimento da experiência anterior monte o circuito mostrado abaixo. 2. Complete a Tabela 3 no final da apostila, alternando as posições dos fios A, B e C. Exercícios Experiência 01 Tabela 1 Chave 2 Chave 1 solta solta pressionada pressionada Led solta pressionada solta pressionada Considerando que: chave solta = 0 led apagado = 0 chave pressionada = 1 led aceso = 1 Compare a tabela obtida com a tabela verdade de uma porta AND e responda porquê elas são iguais ou não . Experiência 02 Tabela 2 Tensão pino 5 Tensão pino 4 0V 0V 5V 5V Led 0V 5V 0V 5V Compare com a tabela verdade de uma porta lógica AND. Experiência 03 Tensão pino 1 0V 0V 0V 0V 5V 5V 5V 5V Tensão pino 2 0V 0V 5V 5V 0V 0V 5V 5V Data: Alunos: Tabela 3 Tensão pino 5 0V 5V 0V 5V 0V 5V 0V 5V Led Bancada: Nome1: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: Exercícios Extra: 1. Substitua na tabela 2 os valores das tensões 0V para bit 0 e 5V para bit 1 e remonte a saída da tabela 2 . 2. Faça o mesmo com a tabela 3. 3. Monte a tabela verdade para a expressão abaixo: S = A.B.C Ela é parecida com qual experiência feita em sala de aula? 4. Desenhe o circuito da seguinte expressão lógica, onde as portas AND têm apenas duas entradas. S= A.B.C.D Data: Alunos: Bancada: Nome1: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS AULA 03 Experiências Básicas com Portas Lógicas - parte 2 INTRODUÇÃO Esta é a segunda de uma série de práticas nas quais analisaremos o funcionamento das portas lógicas. Para tal análise contaremos com os componentes e circuitos integrados do laboratório para montar experimentos dos quais obteremos o estado lógico das saídas das portas lógicas e construiremos suas respectivas tabelas verdade. Nesta segunda prática estudaremos as portas lógicas OR. Uma porta lógica OR com duas variáveis de entradas é representada pelo seguinte símbolo: E sua expressão booleana é S = A + B. Portas OR com mais entradas podem ser obtidas pela combinação de portas OR de duas entradas como, por exemplo, uma porta OR de três entradas: EQUIPAMENTOS 1 protoboard com fonte 2 push-buttons 1 led 1 resistor de 330 1 CI 74LS32 - quatro portas OR de duas entradas alicate/pinça, fios e multímetro EXPERIÊNCIA 01 - Implementando portas OR com chaves A melhor forma de compreender o funcionamento elétrico de uma porta lógica é por meio de sua implementação utilizando simples chaves elétricas. Nessa primeira experiência implementaremos porta lógica OR utilizando os dois push-buttons, o led e um resistor. A figura abaixo mostra o circuito elétrico que ilustra o funcionamento da porta lógica OR utilizando chaves elétricas. 1. Monte o circuito acima utilizando o protoboard e os compenentes fornecidos; 2. Complete a Tabela 1 no final da apostila, verificando se o led está aceso ou apagado EXPERIÊNCIA 02 - Implementando portas OR com circuitos integrados Comercialmente podemos encontrar componentes eletrônicos que desempenham as funções das portas lógicas básicas. O componente eletrônico que implementa a porta lógica OR de duas entradas é o 74LS32, que possui quatro portas lógicas OR, conforme pode ser visto na figura abaixo. Estes componentes eletrônicos precisam de uma fonte de alimentação de 5V e normalmente são alimentados pelos pinos 7 (0V) e 14 (+5V). Cuidados com os CI’s: 1. Os fios da alimentação elétrica do circuito devem ser sempre os últimos a serem ligados, tomando-se sempre o cuidado de conferir todas as ligações antes de ligar a alimentação. 2. A inversão dos fios de alimentação queimará o componente eletrônico. 3. Devido a fragilidade dos terminais do componente (pinos), deve-se tomar cuidado tanto no encaixe como na retirada do componente do protoboard, assim como no seu manuseio. Nesta experiência utilizaremos apenas uma porta do circuito integrado. 1. Encaixe o CI 74LS32 na via central do protoboard (de maneira que ele fique “em cima” de uma das fendas). 2. Monte o circuito conforme mostra a figura abaixo: 3. Utilizando os fios A e B, alterne os valores de tensão (0V ou +5V) nos pinos 4 e 5 e complete a Tabela 2 no final da apostila. EXPERIÊNCIA 03 - Implementando portas OR de 3 entradas Conforme mostrado na introdução, podemos implementar uma porta lógica de três entradas utilizando duas portas lógicas de duas entradas. Podemos então utilizar o mesmo CI (74LS32) para esta experiência. 1. Utilizando o mesmo procedimento da experiência anterior monte o circuito mostrado abaixo. 2. Complete a Tabela 3 no final da apostila, alternando as posições dos fios A, B e C. Exercícios Experiência 01 Tabela 1 Chave 2 Chave 1 solta solta pressionada pressionada Led solta pressionada solta pressionada Considerando que: chave solta = 0 led apagado = 0 chave pressionada = 1 led aceso = 1 Compare a tabela obtida com a tabela verdade de uma porta OR e responda se elas são iguais ou não. Em que condições o LED não acenderá? Experiência 02 Tabela 2 Tensão pino 5 Tensão pino 4 0V 0V 5V 5V Led 0V 5V 0V 5V Compare com a tabela verdade de uma porta lógica OR. Experiência 03 Tensão pino 1 0V 0V 0V 0V 5V 5V 5V 5V Tensão pino 2 0V 0V 5V 5V 0V 0V 5V 5V Tabela 3 Tensão pino 5 0V 5V 0V 5V 0V 5V 0V 5V Led Em uma porta OR de 6 entradas, em que condições teremos “1” na saída? E em que condições teremos “0” na saída? Data: Alunos: Nome1: Bancada: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: Exercícios: 1. Substitua na tabela 2 os valores das tensões 0V para bit 0 e 5V para bit 1 e remonte a saída da tabela 2 . 2. Faça o mesmo com a tabela 3. 3. Monte a tabela verdade para a expressão abaixo: S = A+B+C Ela é parecida com qual experiência feita em sala de aula? 4. Desenhe o circuito da seguinte expressão lógica, onde as portas OR têm apenas duas entradas. S= A+B+C+D Data: Alunos: Nome1: Bancada: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS AULA 04 Experiências Básicas com Portas Lógicas - parte 3 INTRODUÇÃO Esta é a terceira de uma série de práticas nas quais analisaremos o funcionamento das portas lógicas. Para tal análise contaremos com os componentes e circuitos integrados do laboratório para montar experimentos dos quais obteremos o estado lógico das saídas das portas lógicas e construiremos suas respectivas tabelas verdade. Nesta terceira prática estudaremos as portas lógicas NOT (inversor). Uma porta lógica NOT possui apenas uma entrada, é representada por: E sua expressão booleana é: S = A EQUIPAMENTOS 1 protoboard com fonte 1 push-button 1 led 1 resistor de 330 1 CI 74LS04 - seis portas NOT 1 CI 74LS08 - quatro portas AND de 2 entradas 1 CI 74LS32 - quatro portas OR de 2 entradas alicate/pinça, fios e multímetro EXPERIÊNCIA 01 - Implementando portas NOT com chaves A melhor forma de compreender o funcionamento elétrico de uma porta lógica é por meio de sua implementação utilizando simples chaves elétricas. Nessa primeira experiência implementaremos porta lógica NOT utilizando o push-button, um led e um resistor. A figura abaixo mostra o circuito elétrico que ilustra o funcionamento da porta lógica NOT utilizando chaves elétricas. 1. Monte o circuito acima utilizando o protoboard e os compenentes fornecidos; 2. Complete a Tabela 1 no final da apostila, verificando se o led está aceso ou apagado EXPERIÊNCIA 02 - Implementando portas NOT com circuitos integrados Comercialmente podemos encontrar componentes eletrônicos que desempenham as funções das portas lógicas básicas. O componente eletrônico que implementa a porta lógica NOT é o 74LS04, que possui seis portas lógicas NOT, conforme pode ser visto na figura abaixo. Estes componentes eletrônicos precisam de uma fonte de alimentação de 5V e normalmente são alimentados pelos pinos 7 (0V) e 14 (+5V). Cuidados com os CI’s (Vale a pena relembrar!!!): 1. Os fios da alimentação elétrica do circuito devem ser sempre os últimos a serem ligados, tomando-se sempre o cuidado de conferir todas as ligações antes de ligar a alimentação. 2. A inversão dos fios de alimentação poderá resultar na perda do componente eletrônico. 3. Devido à fragilidade dos terminais do componente (pinos), deve-se tomar cuidado tanto no encaixe como na retirada do componente do protoboard, assim como no seu manuseio. Nesta experiência utilizaremos apenas uma porta do circuito integrado. 1. Encaixe o CI 74LS04 na via central do protoboard (de maneira que ele fique “em cima” de uma das fendas). 2. Monte o circuito conforme mostra a figura abaixo: 3. Utilizando o fio A, alterne os valores de tensão (0V ou +5V) no pino 5 e complete a Tabela 2 no final da apostila. 4. Este circuito é representado eletricamente pelo seguinte esquema elétrico: EXPERIÊNCIA 03 - Implementando portas NAND de 2 entradas Nesta duas últimas experiências iremos utilizar tudo o que aprendemos nas aulas anteriores. Iremos implementar as portas lógicas NAND e NOR utilizando as portas lógicas AND, OR e NOT. Inicialmente implementaremos a porta NAND de duas entradas utilizando uma porta AND do CI 74LS08 e um inversor do CI 74LS04 1. Monte o circuito elétrico mostrado abaixo, lembrando-se de como o CI deve ser montado no protoboard e da sua pinagem (número dos pinos). 2. Complete a Tabela 3 no final da apostila. EXPERIÊNCIA 04 - Implementando portas OR de 2 entradas Agora implementaremos a porta NOR de duas entradas utilizando uma porta OR do CI 74LS32 e um inversor do CI 74LS04 1. Monte o circuito elétrico mostrado abaixo, lembrando-se de como o CI deve ser montado no protoboard e da sua pinagem (número dos pinos). Dica: Se a sua montagem anterior estiver correta, basta subistituir o CI 74LS08 pelo CI 74LS32, sem alterar o restante do circuito montado. 2. Complete a Tabela 4 no final da apostila. Exercícios Experiência 01 Tabela 1 Chave solta pressionada Led Compare a tabela obtida com a tabela verdade de uma porta NOT e responda se elas são iguais ou não. Experiência 02 Tabela 2 Tensão pino 5 Led 0V 5V Compare com a tabela verdade de uma porta lógica NOT. Qual a sua conclusão? Experiência 03 Tensão pino 4 CI 74LS08 0V 0V 5V 5V Tabela 3 Tensão pino 5 CI 74LS08 0V 5V 0V 5V Led Como você implemetaria uma porta NAND utilizando chaves? (Desenhe no verso da página) Experiência 04 Tensão pino 4 CI 74LS32 0V 0V 5V 5V Tabela 3 Tensão pino 5 CI 74LS32 0V 5V 0V 5V Led Como você implemetaria uma porta NOR utilizando chaves? (Desenhe no verso da página) Data: Alunos: Nome1: Bancada: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS AULA 05 OU Exclusivo (XOR) e Somadores INTRODUÇÃO i) OU Exclusivo Nesta prática estudaremos o circuito OU Exclusivo como um circuito combinacional mas podemos também considerá-lo um bloco lógico básico, como veremos. A função que ele executa, como o próprio nome diz, consiste em fornecer “1” na saída quando as variáveis de entrada forem diferentes entre si. Com esta pequena apresentação podemos montar sua tabela verdade e, obter pelo mesmo processo visto até aqui, sua expressão característica e, posteriormente, esquematizarmos o circuito. Tabela verdade: 2 variáveis. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 S 0 1 1 0 As entradas são iguais As entradas são diferentes entre si As entradas são diferentes entre si As entradas são iguais Desta tabela podemos levantar a expressão característica da função OU Exclusivo: S= AB+ A B E dessa expressão podemos esquematizar um circuito OU Exclusivo: Normalmente utiliza-se a notação S = A B (lê-se A OU Exclusivo B, em inglês XOR) para o OU Exclusivo e o símbolo: Outro circuito que também implementa a porta XOR, mas agora usando apenas portas NAND, é o circuito abaixo: ii) Meio Somador Dentre os circuitos combinacionais, existe uma família que é muito importante. Trata-se da família dos circuitos aritméticos. Estes são muito utilizados nas ULA (Unidades LógicoAritméticas) dos computadores. E dentre os circuitos aritméticos, veremos aqui o somador. Antes de iniciarmos o assunto de somadores, vamos relembrar alguns tópicos importantes da soma de dois números binários. 0 +0 0 +1 1 +0 1 +1 0 1 1 10 No quarto caso podemos efetuar a operação da seguinte maneira: 1 0 +0 1 1 1 0 “e vai um” Após essa breve introdução, vamos notar uma tabela verdade da soma de dois números binários de um algarismo cada um: A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 S 0 1 1 0 TS 0 0 0 1 (0 + 0 = 0 e vai 0) (0 + 1 = 1 e vai 0) (1 + 0 = 1 e vai 0) (1 + 1 = 0 e vai 1) Representando cada número de um algarismo por um bit, podemos, então, montar dois circuitos: um com as entradas A e B (os dois números de um bit) e como saída a soma dos dois algarismos; e um outro circuito também com as entradas A e B, e com saída igual ao transporte de saída (TS), mais conhecido por “vai um” (carry). As expresões características dos circuitos serão: Soma = A Be TS = A . B Ficando o circuito: Este circuito denomina-se meio somador. É também conhecido como half adder, que é o termo derivado do idioma inglês. iii) Somador Completo O meio somador possibilita-nos efetuar a soma de dois números binários de um algarismo cada um. Se quisermos fazer uma soma de dois números binários de mais de um algarismo, esse circuito torna-se insuficiente, pois, mesmo que façamos a soma de dois números binários coluna a coluna, esse circuito não possibilitará a introdução do transporte de entrada (o “vai um” da coluna anterior). Podemos construir um somador completo a partir de dois meio somadores. Para isso, vamos analisar as expressões de um meio somador e de um somador completo. Meio Somador Soma = X Y TS = X . Y Somador Completo S = A B TE TS = ABT E+ ABT E+ ABT E + ABT E fatorando a expressão de TS, teremos: TS = TE.( AB + AB ) + A.B ( T E + TE) TS = TE.( A B) + AB TS = m + n Se ligarmos A e B nas entradas do meio somador 1, teremos: Se ligarmos a saída S do primeiro meio somador à entrada X do segundo meio somador e a entrada Y deste aplicarmos a variável TE, teremos na saída: Notamos que a saída do meio somador 2 apresenta a soma completa de dois números. Analisando as saídas TS1 e TS2 notamos que são os termos m e n da expressão de TS de um somador completo, logo, se fizermos a soma booleana dessas duas saídas (porta OU), teremos na saída o TS de um somador completo: EQUIPAMENTOS 1 protoboard com fonte 5 leds (4 leds verdes 1 vermelho) 5 resistores de 330 1 CI 74LS00 - quatro portas NAND de 2 entradas 1 CI 74LS08 - quatro portas AND de 2 entradas 1 CI 74LS86 - quatro portas XOR de 2 entradas 1 CI 74LS83 - somador de quatro bits alicate/pinça, fios e multímetro EXPERIÊNCIA 01 - Implementando Portas XOR por meio de Portas NAND 1. Monte o circuito mostrado no esquema elétrico abaixo, utilizando os componentes fornecidos. 2. Alternando a tensão nos fios A e B, complete a Tabela 1 no final da apostila. EXPERIÊNCIA 02 - Implementando Portas XOR por meio do CI 74LS86 1. Monte o circuito mostrado no esquema elétrico abaixo, utilizando os componentes fornecidos. 2. Alternando a tensão nos fios A e B, complete a Tabela 2 no final da apostila. EXPERIÊNCIA 03 - Implementando um Meio Somador 1. Monte o circuito mostrado no esquema elétrico abaixo, utilizando os componentes fornecidos. 2. Alternando a tensão nos fios A e B, complete a Tabela 3 no final da apostila. EXPERIÊNCIA 04 - Implementando um Somador Completo de 4 bits 1. Monte o circuito mostrado no esquema elétrico abaixo, utilizando os componentes fornecidos. 2. Colocando dois valores binários nas entradas A0-A3 e B0-B3, complete a Tabela 4 no final da apostila. Exercícios Experiência 01 Tabela 1 Tensão pino 2 CI1-A Tensão pino 1 CI1-A Led 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V Escreva no verso a tabela verdade de uma porta lógica XOR, compare-a com o resultado obtido e responda porquê elas são iguais ou não. Escreva a equação booleana do circuito montado. Experiência 02 Tensão pino 4 CI 74LS86 0V 0V 5V 5V Tabela 2 Tensão pino 5 CI 74LS86 0V 5V 0V 5V Led Compare com o resultado da experiência 1. São iguais? Por quê? Experiência 03 Tabela 3 Tensão Fio A 0V 0V 5V 5V Tensão Fio B LED! LED2 0V 5V 0V 5V Explique a diferença entre soma binária (OR) e soma aritmética (+). Experiência 04 Escolha dois valores entre 0 e 15, converta-os para binário, realize a soma no verso da folha, realize a soma por meio do CI 74LS83, confira o resultado do CI com o valor calculado e apresente o resultado na tabela abaixo. Repita a experiência para outros dois valores. A3 A2 A1 A0 B3 Tabela 4 B2 B1 B0 S4 Ex4.1 Ex4.2 Data: Nome1: Bancada: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: S3 S2 `S1 `S0 LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS AULA 06 Codificadores e Decodificadores - Parte 1 INTRODUÇÃO Inicialmente estudamos as portas lógicas básicas, que permitem a montagem de diversos circuitos combinacionais. O primeiro circuito combinacional montado foi a porta lógica XOR que, apesar de ser denominada porta lógica, ela é um circuito combinacional e pode ser implementa por meio de portas lógicas NAND. Depois, implementamos o somador aritmético, um circuito combinacional que permite realizar a soma de dois valores por meio de circuito eletrônicos. Dando continuação à montagem de circuitos combinacionais, estudaremos, agora, os circuitos que fazem a passagem de um código para outro. Primeiramente, vamos fazer uma análise do significado das palavras: codificadores e decodificadores. Analisemos o exemplo abaixo: O tradutor fez o papel de um decodificador para a pessoa que entende Português, logo esse elemento irá encará-lo como um decodificador, pois está passando de um código desconhecido (o Francês) para um código conhecido (o Português). Porém, para a pessoa de idioma Francês, o tradutor faz o papel de um codificador, pois está transformando uma linguagem que conhece para uma outra. Um outro exemplo seria: Para uma pessoa, o Elemento acima será um codificador, enquanto que, para a máquina, este será um decodificador. Desses dois exemplos podemos concluir que os termos codificador e decodificador diferenciam apenas do referencial, possuindo ambos a função de converter de um código para outro. Nesta primeira parte sobre Codificadores e Decodificadores implementaremos dois decodificadores: um utilizando portas lógicas comuns e outro por meio de um CI (Circuito Integrado) de uso comercial. O primeiro decodificador que montaremos é o decodificador de código BCD (Decimal Codificado em Binário) para código Gray. O código BCD é um código que indica a representação de um número decimal (de 0 a 9) de forma binária, utilizando apenas quatro bits. Já o código Gray é a representação de um número decimal em uma base binária, com a característica de que um valor representado neste código difere de apenas um bit do valor consecutivo a este. Veja a tabela1 abaixo: Tabela1 : Decimal BCD Gray A B C D S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 1 0 0 1 0 3 0 1 0 0 0 1 1 0 4 0 1 0 1 0 1 1 1 5 0 1 1 0 0 1 0 1 6 0 1 1 1 0 1 0 0 7 1 0 0 0 1 1 0 0 8 1 0 0 1 1 1 0 1 9 1 0 1 0 1 1 1 1 10 1 0 1 1 1 1 1 0 11 1 1 0 0 1 0 1 0 12 1 1 0 1 1 0 1 1 13 1 1 1 0 1 0 0 1 14 1 1 1 1 1 0 0 0 15 Para implementarmos o decodificador BCD para código Gray, utilizaremos apenas portas lógicas XOR, utilizando o CI 74LS86, utilizado na aula passada. O segundo decodificador que montaremos é o decodificador BCD para Decimal 0123456789. Este decodificador converte um valor decimal representado em código BCD, explicado anteriormente, para uma representação eletrônica de um valor decimal. Esta representação utiliza uma base binária de dez bits, onde cada bit representa um dígito decimal, conforme mostra a tabela2 abaixo: Tabela 2: Decim BCD Decimal 0123456789 al A B C D S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 3 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 5 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 6 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 7 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 8 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 1 0 1 0 * * * * * * * * * * 10 1 0 1 1 * * * * * * * * * * 11 1 1 0 0 * * * * * * * * * * 12 1 1 0 1 * * * * * * * * * * 1 1 1 0 * * * * * * * * * * 1 1 1 1 * * * * * * * * * * * Como podemos ver, o código Decimal 0123456789 permite apenas dez possibilidades (valores entre 0 e 9). As demais combinações (10 a 15) não são previstas, apesar do código BCD permitir. Para a implementação deste circuito combinacional utilizaremos o CI 74LS138, um decodificador de 3 linhas (três entradas). Este CI faz a decodificação de um valor binário entre 0 e 7, codificado em BCD, para um valor Decimal 0123456789. 13 14 15 EQUIPAMENTOS 1 protoboard com fonte 8 leds 8 resistores de 330 1 CI 74LS86 - quatro portas XOR de 2 entradas 1 CI 74LS138 - decodificador BCD para Decimal 0123456789 alicate/pinça, fios e multímetro EXPERIÊNCIA 01 - Decodificador BCD para Gray 1. Monte o circuito mostrado abaixo Obs: Faça também o exercício 3 da apostila: EXPERIÊNCIA 02 - Decodificador BCD para Decimal 0123456789 1. Monte o circuito mostrado abaixo Exercícios: 1. 2. 3. 4. 5. Obtenha a tabela verdade do circuito montado da experiência 1. Compare o resultado obtido com a primeira tabela1. Ligue o pino 6 do CI no 0V e repita a experiência 1. O que acontece? Obtenha a tabela verdade do circuito montado da experiência 2. Observe que as saídas S0 - S9 são invertidas, o que implica que a saída que for ativa terá 0V, e as saídas que estiverem desativadas terão 5V. 6. Compare o resultado obtido com a segunda tabela 2. Data: Bancada: Nome1: Número: Nome2: Número: Nome3: Número: LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS AULA 07 Codificadores e Decodificadores - Parte 2 Display de 7 Segmentos INTRODUÇÃO Ainda como parte do estudo dos codificadores e decodificadores, veremos hoje um decodificador para display de 7 segmentos. O display de 7 segmentos possibilita escrevermos números decimais de 0 a 9 e alguns símbolos que podem ser algumas letras ou sinais. A figura abaixo representa uma unidade do display juntamente com sua pinagem. Pino 1 2 3 4 5 Segmento comum Pino 6 7 8 9 10 Segmento comum Aplicando-se um nível um de tensão num dos segmentos, este acenderá. Para que possamos montar a tabela verdade que relaciona os números decimais com seus respectivos códigos binários de 7 bits devemos fazer uma análise caso a caso. Aqui faremos a análise para os decimais 1, 2 e 3. Para formarmos o algarismo zero, necessitamos nível 1 nos segmentos a, b, c, d, e e f, ficando em nível zero o segmento g. algarismo 1 b = c = 1 algarismo 2 a = b = d = e = g = 1 algarismo 3 a = b = c = d =g = 1 E assim sucessivamente até obtermos a tabela abaixo. Decimal Código para 7 segmentos b c d e f 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Tendo conhecimento do código para 7 segmentos, podemos construir um decodificador para este código. Usaremos nesta prática o decodificador de código BCD de 4 bits para código de 7 segmentos. Este decodificador deve então obedecer a seguinte tabela: Decima l 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 BCD D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Código para 7 segmentos A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 * * * * * * b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 * * * * * * c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 * * * * * * d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 * * * * * * e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 * * * * * * f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 * * * * * * g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 * * * * * * Com um display de 7 segmentos podemos formar, além dos dez algarismos, outros caracteres. Isto porque se formos utilizar um código de 4 bits (como na tabela acima) podemos formar 16 possibilidades diferentes restando, então, 6 para formarem os outros caracteres. Por exemplo, poderíamos representar, depois do '9', os caracteres de ‘A’ a ‘F’. Assim teríamos todos os algarismos da base hexadecimal. No entanto, ao invés dos caracteres de ‘A’ a ‘F’ podemos formar qualquer outro. Por exemplo, o caracter ‘h’ (‘h’ minúsculo), o caracter ‘P ’ (‘P’ maiúsculo), o caracter ‘n ’, caracteres sem significado alfabético (que não pertencem ao alfabeto), etc. IMPORTANTE!! No exemplo acima, foi considerado, para maior comodidade de compreensão, que o segmento acende quando aplicamos sobre ele nível um de tensão (5V no nosso caso). Porém, existem displays, e esse é o nosso caso, que irão acender quando aplicarmos aos respectivos segmentos nível zero de tensão EQUIPAMENTOS 1 protoboard com fonte 7 resistores de 330 1 CI 74LS47 decodificador BCD para 7 segmentos 1 display de segmentos alicate/pinça, fios e multímetro EXPERIÊNCIA 1 - Testando o display de 7 segmentos. Coloque o display num local apropriado do protoboard. Ligue um resistor de 330 no pino 3 ou pino 8. Ligue o outro extremo do resistor em +5V. Feito isto, faça o teste de cada segmento separadamente e complete a tabela na folha de exercícios. Lembre-se: Para acender um segmento devemos ligá-lo em nível 0, ou seja, em 0V e não em 5V. EXPERIÊNCIA 2 - Decodificador BCD para 7 segmentos. 1. Monte o circuito mostrado abaixo 2. Resolva as questões da página de exercícios Exercícios Determine quais os segmentos devem acender para representar os seguintes caracteres: A, b, C, d, E, F, ou seja: Refaça a tabela do decodificador BDC para código de 7 segmentos adicionando os seis caracteres acima. Experiência 1. Pino 1 2 3 4 5 Segmento comum Pino 6 7 8 9 10 Segmento comum Experiência 2. A partir do circuito montado, escolha 3 valores entre 0 e 9, entre com os respectivos valores binários nas entradas A, B, C e D e desenhe abaixo o que você para cada valor. Coloque na linha abaixo do desenho o número de entrada que você usou. Agora, entre com os valores de 10 a 15 em binário nas entradas A, B, C e D e desenhe o que você vê em cada caso. Data: Bancada: Nome1: Número: Nome2: Número: Nome3: Número:
