Slides Digital - Intro e Cap1

Eletrônica Digital
Apresentação e Cap.1
PROF. EDUARDO G. BERTOGNA
UTFPR / DAELN
Conteúdos da Disciplina:

Sistemas Numéricos e Códigos;

Portas Lógicas e Algebra Booleana;

Lógica Combinacional: Expressões Lógicas, Métodos de Simplificação;

Circuitos Lógicos Sequenciais: Flip-Flops, Registradores, Contadores;

Memórias semicondutoras;

Conversores A/D e D/A;
Bibliografia Básica:
• Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. TOCCI, R.J., 7ª Ed., Editora
LTC: Rio de Janeiro, 2000.
• Introdução aos Sistemas Digitais. ERCEGOVAC, M.; LANG, T; MORENO
J., Bookman: São Paulo, 2000.
Sistema de Avaliação:
• 3 Provas Teóricas (Combinacionais, Sequenciais, Memórias, A/D e D/A)
• 3 Atividades Práticas
• Nota Final = 0,6.Provas + 0,3.Práticas + 0,1.APS
SISTEMAS DIGITAIS VS. ANALÓGICOS
Representações Numéricas
Representação Analógica: quantidade representada por outra
proporcional à primeira.
Ex.1- Posição dos ponteiros de um relógio, representando hora,
minuto, e segundo;
Ex.2- Deflexão do ponteiro de um voltímetro analógico, dando a
leitura de tensão na escala do mostrador;
Ex.3- Altura da coluna de mercúrio em um termômetro;
Ex.4- Saída de tensão de um microfone, proporcional à amplitude das
ondas de som que o atingem.
As quantidades analógicas variam continuamente dentro de uma faixa
de valores. Por exemplo, entre dois valores de medida de temperatura
existem infinitos valores de temperatura.
Representação Digital: quantidade representada por símbolos
chamados de Dígitos, e não por valores proporcionais.
Ex.1- Leitura dos 6 dígitos (hora, minuto, e segundo) de um relógio
digital, 2 dígitos para cada uma das representações;
Ex.2- Posição de uma chave de 10 posições.
As quantidades digitais variam em saltos, ou passos discretos,
dentro de uma faixa de valores, sendo por esta razão
representadas por dígitos.
Sistema Digital
Resulta de dispositivos que manipulam quantidades físicas cuja
representação está na forma digital, ou seja, na qual os sinais
associados as a estas quantidades físicas poderão assumir
apenas um número finito de valores discretos.
Sistema Analógico
Resulta de dispositivos que manipulam quantidades físicas
representadas de forma analógica, e portanto, os sinais associados
as a estas quantidades físicas poderão assumir um número infinito
de valores analógicos contínuos.
Digitalização de Sinal Analógico
Sistema Digital
Resulta de dispositivos que manipulam quantidades físicas
representadas na forma digital, ou seja, no qual os sinais
associados a estas quantidades físicas poderão assumir apenas
um número finito de valores discretos.
Vantagem do Uso de Sistemas Digitais
1) Mais fáceis de se projetar e implementar, pois com apenas 2 níveis de tensão
pode-se usar dispositivos muito simples como chaves de 2 estados na sua
implementação;
2) Capacidade de armazenamento de informação;
3) Exatidão maiores na medida em que se aumenta o nr de dígitos usados na
representação;
4) Possibilidade de se programar as operações usando-se um sistema de
propósito geral (computador) ao invés de um sistema projetado especificamente
para cada tarefa;
5) Maior tolerância a ruídos pois os sistemas digitais são bastante insensíveis à
variação nos parâmetros dos componentes, como por exemplo temperatura;
6) Maior integração, com dispositivos mais complexos, de pequenas dimensões,
mais rápidos e mais baratos.
Desvantagem do Uso de Sistemas Digitais
O Mundo real é predominantemente Analógico.
Sistemas Numéricos Digitais
• Sistema Decimal (d/D):
• Dígitos: (0, 1, ... 9) => Ex: 255d
• Sistema Binário (b/B):
• Dígitos: (0, 1) => Ex: 11111111b
• Sistema Octal (o/O):
• Dígitos: (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) => Ex.: 377o
• Sistema Hexadecimal (h/H):
• Dígitos: (0, 1, 2, ... 9, A, B, C, D, E, F) => Ex. FFH
Sistemas Decimal
• 10 algarismos ou símbolos (0,1,...9)
• Também chamado de Base 10.

Sistema de numeração posicional:
 Cada dígito tem o seu peso em potências de 10;

Escolha natural de uso pelo homem por ele possuir 10 dedos.

Dígito em latim significa dedo.

Com N Dígitos decimais pode-se ter 10N valores diferentes.
Contagem no Sistemas Decimal
Sistema Binário

2 símbolos (0,1), também chamado de Base 2;

Sistema de numeração posicional:
 Cada dígito tem o seu peso em potências de 2;

Por terem somente 2 símbolos as representações serão mais extensas
que os decimais por exemplo;

Com N Dígitos Binários pode-se ter 2N valores diferentes;
Sistema Binário

Pode representar qualquer quantidade de outros sistemas de numeração;

O Dígito Binário é abreviado por Bit;

O Bit mais significativo de um valor é o MSB;

O Bit menos significativo de um valor é o LSB.

Byte é o conjunto de 8 bits e Nibble é o conjunto de 4 bits ou ½ byte;

Kilobyte – kB corresponde a 1024 bytes ou 210 bytes;

Megabyte – MB corresponde a 1024 kB ou 220 bytes;

Gigabyte – GB corresponde a 1024 MB ou 230 bytes;

Terabyte – TB corresponde a 1024 GB ou 240 bytes;

Adequado p/ sistemas digitais => circuitos eletrônicos que trabalham com
apenas 2 níveis de tensão são mais simples que com 10 níveis de tensão;
Ex.: Valor 11,625d = 1011,101b
11,625d = 1.23+0.22+1.21+1.20+1.2-1+0.2-2+1.2-3
Contagem no Sistemas Binário
Representação das Quantidades Binárias
• A informação processada por um sistema digital em geral será de
natureza binária.
• Esta poderá representar um dispositivo que só apresenta 2 estados
possíveis de operação, exemplos:
 Chave (aberta/fechada);
 Válvula (aberta/fechada);
 Lâmpada (acessa/apagada);
 Diodo (conduzindo/não conduzindo);
 Relê (energizado/não energizado).
• Em sistemas eletrônicos a informação binária representa uma tensão
elétrica, em geral 0 e 5V, para os bits 0 e 1, respectivamente.
• Na verdade serão faixas de tensões:
 de 0 a 0,8V representará o bit 0;
 de 2,0 a 5,0V, o bit 1, para os circuitos digitais TTL.
Sistemas Octal
• Composto de 8 algarismos ou símbolos (0,1,...7)
• Também chamado de Base 8.

Sistema de numeração posicional
 Cada dígito tem o seu peso em potências de 8;

Com N Dígitos decimais pode-se ter 8N valores diferentes

Ex.: N=3 => 000o .
Contagem no Sistemas Octal
Sistemas Hexadecimal
• Composto de 16 algarismos ou símbolos (0,1,...9, A,...F)
• Também chamado de Base 16.

Sistema de numeração posicional
 Cada dígito tem o seu peso em potências de 16;

Com N Dígitos Decimais pode-se ter 16N valores diferentes.
Contagem no Sistemas Hexadecimal
Conversão entre Sistemas de
Numeração
• Binário, Octal e Hexadecimal => Decimal
 Usar notação posicional somando-se as potências
• Decimal => Binário, Octal e Hexadecimal
 Usar método de divisões sucessivas
• Binário => Octal e Hexadecimal
 Usar agrupamento de bits e tabela de conversão
Conversão de Binário p/ Decimal
 Usando o valor posicional
Resultado: Valor binário 1011,101b
1.23+0.22+1.21+1.20+1.2-1+0.2-2+1.2-3 = 11,625d
Exemplo: Valor binário 11011b
1.24+1.23+0.22+1.21+1.20 = 27d
Conversão de Octal p/ Decimal
 Usando o valor posicional
3
2
1
0
-1
-2
-3
2745,214o = 2.8 +7.8 +4.8 +5.8 +2.8 +1.8 +4.8
= 1.509,2734375
Exemplo: 372o = 3.82+7.81+2.80 = 250d
Conversão de Hexadecimal p/ Decimal
 Usando o valor posicional
2
1
0
-1
-2
1F9,D2H = 1.16 +15.16 +9.16 +13.16 +2.16 =
= 1.256+15.16+15.1+0,8125+0,0078125 =
= 505,8203125
Exemplo: 356H = 3.162+5.161+6.160 = 854d
Conversão de Decimal p/ Binário
 Usando o método de divisões sucessivas por 2
Conversão de Decimal p/ Octal
 Usando o método de divisões sucessivas por 8
Conversão de Decimal p/ Hexadecimal
 Usando o método de divisões sucessivas por 16
Conversão de Binário p/ Octal
 Usando agrupamento de bits e tabela de conversão
Exemplo: 100111010b => Octal
100111010b = 100 111 010 = 472o
4 7 2
Conversão de Binário p/ Hexadecimal
 Usando agrupamento de bits e tabela de conversão
Exemplo: 1110100110b => Hexa
11 1010 0110b = 0011 1010 0110 = 3A6H
3
A
6
Código BCD
• O Código BCD (Binary-Coded Decimal) ou Decimal
Codificado em Binário, surgiu da necessidade de
obter valores Decimais a partir de Códigos Binários,
uma vez que os sistemas digitais internamente são
de natureza binária, porém o mundo externo é de
natureza decimal.
• Como serão codificados os dígitos de 0 a 9, são
necessários 4 bits para cada código
• Exemplo: 847d = 1000 0100 0111 em BCD
8
4
7
• É obvio então, que somente os códigos de 0000 a
1001, que representam 0 a 9, são pertencentes ao
código BCD;
• Os códigos 1010 a 1111, ou A a F, não fazem parte
do código BCD.
Comparação entre BCD e Binário Puro
Observar a diferença entre codificar um número em
BCD e Binário Puro, veja no exemplo a seguir:
137d em binário puro = 10001001b => 8 bits.
137d em BCD = 0001 0011 0111b => 12 bits.
Código Gray
• O Código Gray, é dito de "variação
mínima" pois somente um bit muda
quando se passa de um código a
outro;
• Não sendo do tipo posicional não
se presta a operações aritméticas;
• É aplicado em operações de E/S
pois evita possíveis ambiguidades
que podem ocorrer quando se
passa de um código para outro.
Código Gray
• Ex.: se o código vai de 7 para 8, todos os 4 bits em
binário puro mudam de estado: 0111 => 1000
• Se todos eles não mudarem ao mesmo tempo, vão
ser gerados códigos errados, como quando o MSB
muda de estado antes dos outros: 0111=>1111
Código ASCII
• O Código ASCII (American Standard Code for
Information Interchange) é um código Alfanumérico
pois a codificação é feita para símbolos e não para
valores numéricos;
• São codificadas as 26 letras minúsculas do alfabeto,
as 26 maiúsculas, os 10 algarismos, além de alguns
caractéres de controle como CR, LF, etc.
• Este código se tornou um padrão por ser de larga
utilização em sistemas computacionais.
Alguns Símbolos da Tabela ASCII
• Observe que os códigos apresentados são de 7
bits, podendo portanto, codificar 128 símbolos.
• Há ainda, o ASCII estendido com códigos de 8 bits,
e esse conjunto codifica 256 caracteres sendo
padronizado pelo ISSO 8859-1.
Exemplo: UTFPR codificado em ASCII
1010101 1010100 1000110 1010000 1010010
55H
54H
46H
50H
52H
U
T
F
P
R