Circuitos Digitais 2 roteiro1

Roteiro - Aula Experimental
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA: CIRCUITOS DIGITAIS I
PROFESSOR: VLADEMIR DE J. S. OLIVEIRA
1
1.1
AULA 01 – PORTAS LÓGICAS
ORIENTAÇÕES PARA OS GRUPOS:
Usar roupas adequadas: Calça jeans, sapato fechado, cabelo preso e demais
orientações do professor.
Formar grupos conforme quantidade de bancadas; Seguir as orientações de
segurança passadas pelo professor; Ligar montagem somente com autorização.
Guardar os materiais usados no final da aula.
1.2
OBJETIVOS:
Conhecer os circuitos integrados das portas lógicas fundamentais.
Comprovar experimentalmente a tabela-verdade das portas lógicas fundamentais.
Montar um circuito lógico que realiza uma dada função.
1.3
PARTE TEÓRICA:
As portas lógicas, como outros circuitos usados em eletrônica digital, são
encontradas em componentes eletrônicos com múltiplos terminais que usam a tecnologia de
circuitos integrados, conhecidos como CIs ou chips. Esses CIs atualmente são encontrados
em diversas tecnologias e encapsulamentos, como será demostrado nas aulas experimentais.
Os circuitos integrados digitais são constituídos de dispositivos semicondutores,
principalmente transistores e também de resistores e capacitores, em menor número, mas
eles são classificados pela quantidade de portas lógicas que possui o CI. Até o momento
existem as categorias: SSI, MSI, LSI, VLSI, ULSI, etc.
– SSI (Small Scale Integrated): 1 à 10 portas
– MSI (Medium Scale Integrated): 10 à 100 portas
– LSI (Large Scale Integrated): 100 à 100.000 portas
– VLSI (Very Large Scale Integrated): mais de 100.000 portas
– ULSI (Ultra Large Scale Integrated): 100.000 à 1 milhão de portas
– GSI (Giga Scale Integrated): acima de 1 milhão de portas
As portas lógicas mais utilizadas pertencem a duas tecnologias distintas de
construção de circuitos digitais: a família TTL e a família CMOS.
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Aula 01
Roteiro - Aula Experimental
A seguir veremos mais detalhes da família TTL e das portas lógicas básicas.
1.3.1
FAMÍLIA TTL (TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGIC)
A sigla TTL significa lógica transistor a transistor para diferir de outras lógicas que
misturam transistores com outros componentes. A família TTL é constituída a partir de
transistores bipolares. Esta possui duas séries de componentes: a série 54, destinada a
aplicações militares e a série 74, de uso comercial. As séries mais conhecidas são a 74L,
74H, 74S, 74LS e 74AS. Ver bibliografia para mais detalhes.
A tensão de alimentação da família TTL é de 5V, com variação de ±10% para a
série 54 e ±5% para a série 74. Mais detalhes podem ser encontrados nos datasheets (folha
de dados do fabricante), como a temperatura de operação por exemplo.
Os níveis lógicos, com respeito aos valores nominais de tensão na entrada e na saída
das portas lógicas, são definidos da seguinte maneira para a família TTL:
- Entrada:
0V a 0,8V – Nível lógico 0
2,0V a 5,0V – Nível lógico 1
- Saída:
0V a 0,4V – Nível lógico 0
2,4V a 5,0V – Nível lógico 1
1.3.2
FAMÍLIA CMOS (COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR)
Os CIs CMOS são constituídos por transistores de tecnologia MOS. Os CIs CMOS
geralmente são mais caros que os TTLs, porém a tecnologia CMOS dominou o mercado de
semicondutores, devido à grande capacidade de integração e o custo baixo de sua
fabricação. Os CIs de processadores, por exemplo, usam tecnologia CMOS. As séries mais
conhecidas são a 4000/14000, 74C, 74HC e 74HCT. As características principais desta
família são o consumo reduzido de corrente (baixa potência), alta imunidade a ruídos e
grande velocidade de comutação. Apesar disso a série 74AS ainda é mais rápida que
qualquer das CMOS. A faixa de alimentação que era conhecida por se estender de 3V a
18V, hoje pode possuir tensões mais baixas até que 2V.
Os níveis lógicos, de entrada e saída dependem da alimentação do CI e devem ser
compatibilizados quando se comunicam com outros dispositivos. Os dispositivos CMOS
são mais sensíveis à eletricidade estática, mas os CIs em maioria são protegidos e
satisfazem as normas para ESD (Electronic Static Discharge).
1.3.3
PORTAS LÓGICAS
As portas lógicas são a implementação de uma operação booleana através de um
circuito eletrônico digital. A resposta de uma porta lógica para cada combinação de níveis
lógicos na sua entrada é expressa através das tabelas-verdade.
As portas lógicas são encontradas em circuitos integrados contendo, geralmente,
mais de uma porta lógica. A Figura 1 apresenta o diagrama de pinagem do circuito
integrado 7408.
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Aula 01
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Figura 1 – Diagrama do circuito integrado 7408.
O circuito integrado 7408 possui, internamente 4 portas lógicas AND. Vale destacar
que, do código do nome do componente 7408, 74 significa que este pertence à série de uso
comercial e 08, significa portas lógicas AND.
A Tabela 2 apresenta o diagrama de pinagem das principais portas lógicas da
família 74 TTL ou 74C CMOS. Maiores informações são encontradas nos datasheets de
cada componente.
Tabela 1 – Pinagem das portas lógicas básicas.
Porta lógica AND
Porta lógica OR
Porta lógica NOT
Porta lógica NAND
Porta lógica NOR
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Aula 01
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1.4
MATERIAL UTILIZADO
Resistor: 560R;
LED Vermelho;
Circuitos integrados TTL: 7400, 7402, 7404, 7408 e 7432;
Fonte de tensão contínua de 5V;
Matriz de contatos.
1.5
1.5.1
PARTE EXPERIMENTAL
OBTENÇÃO DA TABELA-VERDADE DAS PORTAS LÓGICAS
Obtenha de forma experimental a tabela-verdade de cada porta lógica apresentada
na Tabela 2. Verifique, com o multímetro, a tensão contínua de 5V disponível na fonte de
tensão contínua regulável.
Alimente os circuitos integrados antes de realizar qualquer combinação de níveis
lógicos na entrada das portas lógicas. A alimentação de 5V é conectada nos pinos 14 e 7 do
CI.
Crie um barramento de níveis lógicos na matriz de contato para facilitar as
combinações dos níveis lógicos de entrada das partes lógicas. A Figura 2 ilustra esta
conexão.
Figura 2 – Circuito para conexão da porta lógica.
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Aula 01
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Faça as combinações possíveis de níveis lógicos na entrada das portas lógicas e
preencha a Tabela 3 com os resultados lógicos e os valores de tensão.
Tabela 2 – Tabelas-verdade obtidas experimentalmente.
A
Porta lógica AND
B
0
0
1
1
0
1
0
1
A
Porta lógica OR
B
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1.6
B
X
B
X
0
1
0
1
A
Porta lógica NOR
X
X
A
Porta lógica NAND
)
0
1
0
1
A
Porta lógica NOT
X
(V=
0
0
1
1
0
1
0
1
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Ronald J Tocci e Neal S. Widmer. Sistemas digitais: princípios e aplicações.
Tradução José Lucimar do Nascimento. Revisão Técnica Antônio Pertence Júnior. 8.
ed. São Paulo. Pearson Education do Brasil, 2003.
[2] Ivan Valeije Idoeta e Francisco Gabriel Capuano. Elementos de eletrônica digital. 34
ed. São Paulo. Editora Érica, 2002.
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