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1 Atividade Prática Eletrônica Digital Lucas Elias Gaipo – RU: 2445931 Centro Universitário Uninter Pap – R. Cap. Vicente, 129 - 7º e 8º andar - Centro. – CEP: 35680-056 – Itaúna – MG - Brasil e-mail: lucasgaipo@gmail.com Resumo. Este relatório descreve a realização de três experimentos práticos da disciplina de Eletrônica Digital. No Experimento 01, montamos um circuito lógico combinacional para compreender o funcionamento das portas lógicas e obter a tabela verdade correspondente. No Experimento 02, exploramos o funcionamento dos flip-flop em um circuito lógico sequencial. Por fim, no Experimento 03, montamos um circuito decodificador para entender como os circuitos integrados contadores e decodificadores funcionam. Os experimentos forneceram conhecimentos teóricos e práticos fundamentais para a compreensão dos circuitos lógicos e sua aplicação na Eletrônica Digital. Palavras-chave: Eletrônica Digital, Circuitos lógicos, Flip-flop Introdução Os circuitos lógicos desempenham um papel fundamental na área da Eletrônica Digital, permitindo o processamento e a manipulação de informações digitais. Esses circuitos podem ser classificados em combinacionais e sequenciais, dependendo do tipo de conexão entre os elementos lógicos. Os circuitos combinacionais são aqueles em que a saída depende exclusivamente das entradas presentes no momento, enquanto os circuitos sequenciais possuem a capacidade de armazenar informações e ter saídas que dependem do estado atual do circuito. Os componentes básicos dos circuitos lógicos são as portas lógicas, que realizam operações booleanas entre os sinais de entrada para produzir um único sinal de saída. Essas operações são baseadas na álgebra booleana, na qual as variáveis e as constantes assumem apenas dois valores possíveis, 0 (nível lógico baixo) e 1 (nível lógico alto). Na prática, os circuitos integrados representam esses valores por diferentes níveis de tensão. Neste relatório, realizamos três experimentos práticos para aprofundar nosso conhecimento em Eletrônica Digital. O Experimento 01 consistiu na montagem de um circuito lógico combinacional, utilizando portas lógicas TTL, com o objetivo de compreender seu funcionamento e obter a tabela verdade correspondente. Já o Experimento 02 envolveu a montagem de um circuito lógico sequencial com flip- flop, explorando suas características de memória e a importância da realimentação. Por fim, no Experimento 03, nos dedicamos à montagem de um decodificador, um circuito lógico combinacional capaz de ativar saídas correspondentes a um número binário de entrada. Ao final dos experimentos, adquirimos conhecimentos teóricos e práticos valiosos sobre a Eletrônica Digital, permitindo-nos compreender o funcionamento dos circuitos lógicos combinacionais e sequenciais, bem como dos decodificadores. O relatório a seguir descreve os procedimentos experimentais realizados, os resultados obtidos e as conclusões alcançadas. Procedimento - Experimental 01 Durante o experimento, seguimos os mesmos passos mencionados anteriormente para a montagem física do circuito. No entanto, devido à falta de acesso aos componentes e equipamentos necessários, optei por realizar a simulação no software MultiSim. Para isso, conectei virtualmente os cabos de saída do adaptador AC à fonte ajustável e ajustei a tensão de saída para 5V±5% dentro do ambiente de simulação. Em seguida, realizei as conexões da entrada de alimentação no protoboard virtual, conectando os terminais de parafuso nos pontos específicos e utilizando cabos rígidos virtuais para VCC e GND. Seguindo o circuito apresentado, conectei os circuitos integrados 7404, 7408 e 7432 virtualmente no protoboard, bem como os pinos de alimentação dos circuitos integrados nas colunas de alimentação. Realizei as conexões virtuais nos circuitos integrados usando cabos rígidos de cores e tamanhos diferentes. Após ligar a alimentação virtual do circuito, conferi as tensões nos circuitos integrados por meio das ferramentas disponíveis no simulador. Por fim, apliquei diferentes combinações de 0 e 1 nas chaves de entrada virtuais e verifiquei a resposta do LED de saída virtual. Os resultados foram registrados na tabela verdade correspondente. É importante ressaltar que, devido à impossibilidade de realizar a montagem prática, todas as etapas do experimento foram realizadas exclusivamente no ambiente de simulação do MultiSim. Análise e Resultados – Experimento 01 2 Após a montagem do circuito, obteve-se a seguinte expressão booleana para descrever a saída do circuito em relação às entradas: LED = (S1 AND S2' AND S3') OR (S1' AND S2 AND S3) OR (S1' AND S2' AND S3) A expressão booleana representa a lógica do circuito e define o comportamento da saída LED em função das entradas S1, S2 e S3. A próxima seção apresenta a imagem do circuito montado no software Multisim: Figura 1: Circuito simulado no MultiSim Com base na simulação realizada no software Multisim, observamos que o LED de saída acendeu de acordo com as combinações das chaves de entrada, conforme previsto. Isso indica que o circuito lógico combinacional está operando corretamente, produzindo as saídas esperadas para cada combinação de entrada. Esses resultados são consistentes com as expectativas teóricas e reforçam nosso entendimento sobre o funcionamento das portas lógicas e a interpretação da tabela verdade. A seguir, temos a tabela verdade que mostra os valores da saída LED para todas as combinações possíveis das entradas S1, S2 e S3: Tabela 1: Tabela verdade experimento 1 S3 S2 S1 LED 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 3 Após a realização do Experimento 1, foi constatado que não foi possível realizar a montagem física do circuito devido à falta do Kit necessário. No entanto, foi possível realizar a simulação do circuito no software MultiSim, o que permitiu obter os resultados esperados. Apesar da ausência da montagem física, foi possível compreender os conceitos teóricos relacionados às portas lógicas e tabela verdade. A simulação no MultiSim proporcionou uma visualização virtual do funcionamento do circuito e permitiu verificar a consistência entre os resultados teóricos e simulados. Embora tenha havido essa limitação, o experimento contribuiu para a consolidação dos conhecimentos em Eletrônica Digital, proporcionando uma compreensão mais sólida das portas lógicas e seu funcionamento. Procedimento - Experimental 02 Realizamos a montagem do circuito de acordo com o diagrama apresentado. Conectamos os cabos de saída do adaptador AC à fonte ajustável e ajustamos a tensão de saída para 9V±5%. Em seguida, fizemos as conexões da entrada de alimentação no protoboard. Conectamos os circuitos integrados 7400 e 7486 no protoboard, seguindo as linhas e colunas indicadas. Conectamos os pinos de alimentação dos circuitos integrados nas colunas de alimentação. Após realizar todas as conexões necessárias, ligamos a alimentação do circuito e verificamos a tensão nos circuitos integrados com um multímetro. Garantimos que a alimentação VCC esteja em torno de 9V±5%. Em seguida, aplicamos diferentes combinações de 0 e 1 nas chaves de entrada e observamos a resposta dos LEDs de saída. Utilizamos um analisador lógico disponível no osciloscópio para acompanhar o resultado da mudança das entradas e a resposta nas saídas. É importante ressaltar que toda a montagem foi realizada por meio de simulação, utilizando o simulador SimulIDE. Infelizmente, não foi possível realizar a montagem prática do circuito devido à indisponibilidade do kit físico. No entanto, os resultados obtidosna simulação foram registrados na tabela verdade, completando o experimento. Análise e Resultados – Experimento 02 No experimento 2, realizamos a montagem de um circuito utilizando flip-flops tipo D e portas lógicas. O objetivo foi criar um sistema sequencial capaz de armazenar e atualizar um estado interno com base em entradas de controle. O circuito foi simulado no software SimulIDE para análise e verificação de seu funcionamento. A tabela de transição de estados mostra as combinações possíveis dos estados atuais (C, B, A) e as entradas de controle (Jc, Kc, Jb, Kb, Ja, Ka) que levam aos próximos estados correspondentes. Essa tabela é essencial para entender o comportamento sequencial do circuito. Tabela 2: Tabela de Transcrição de estados O diagrama de estados representa graficamente as transições entre os diferentes estados do circuito sequencial. Ele ilustra de forma clara como as entradas de controle influenciam na mudança de estado, permitindo uma melhor compreensão do funcionamento do sistema. Estado Atual Entradas de Controle Próximo estado C B A Jc Kc Jb Kb Ja Ka C B A 0 0 0 0 x 0 x 1 x 0 0 1 0 0 1 0 x 1 x x 1 0 1 0 0 1 0 0 x x 0 1 x 0 1 1 0 1 1 1 x x 1 x 1 1 0 0 1 0 0 x 1 0 x 0 x 0 0 0 1 0 1 x 1 0 x x 1 0 0 0 1 1 0 x 1 x 1 0 x 0 0 0 1 1 1 x 1 x 1 x 1 0 0 0 4 Figura 2: Diagrama de estados A imagem mostra o circuito montado no software Multisim, onde foram utilizados flip-flops tipo D, portas lógicas e outras componentes necessárias para implementação do sistema sequencial. A simulação no SimulIDE permite visualizar o comportamento do circuito e verificar se ele está de acordo com as expectativas teóricas. Dessa forma, apresentamos os resultados do experimento 2, incluindo a tabela de transição de estados, o diagrama de estados e a foto do circuito montado no Multisim. Essas informações são essenciais para compreender o funcionamento do sistema sequencial e validar os resultados obtidos teoricamente. Figura 3: Circuito montado no SimulIDE 5 Durante a realização do experimento 2, foi possível observar que o circuito projetado, utilizando flip-flops tipo D e portas lógicas, é capaz de armazenar e atualizar um estado interno com base nas entradas de controle. Para entender as combinações possíveis dos estados atuais e as entradas de controle que levam aos próximos estados, utilizamos a tabela de transição de estados. Realizamos a simulação do circuito no software SimulIDE, o que nos permitiu verificar o comportamento do circuito e confirmar que as transições de estados ocorrem de acordo com as expectativas teóricas. No entanto, devido a dificuldades na montagem prática do circuito, não foi possível comparar diretamente os resultados dos procedimentos experimentais com os resultados da simulação. As dificuldades encontradas podem ter sido decorrentes de problemas na obtenção dos componentes necessários para a montagem física ou questões técnicas relacionadas ao manuseio dos componentes e conexões. Apesar dessas dificuldades, o experimento foi importante para compreender o funcionamento do circuito sequencial e sua aplicação na armazenagem e atualização de estados. Em resumo, o experimento 2 permitiu a compreensão do comportamento do circuito sequencial por meio da simulação. No entanto, devido a restrições na montagem prática, não foi possível comparar diretamente os resultados experimentais com os resultados da simulação. Essa experiência destacou a importância da execução prática para uma análise mais completa e a necessidade de superar possíveis dificuldades técnicas para obter resultados experimentais mais precisos. Procedimento - Experimental 03 No experimento 3, realizei a simulação da montagem de um decodificador usando um simulador, pois não tinha o kit necessário para a prática física. O decodificador é um circuito lógico que recebe um número binário como entrada e ativa uma ou mais saídas correspondentes a esse número. Comecei ajustando a tensão de saída do adaptador AC para 5V±5% no simulador. Em seguida, conectei virtualmente os cabos de saída do adaptador AC ao conector IN da fonte ajustável no simulador. Para as conexões da entrada de alimentação, conectei um cabo no ponto de entrada de alimentação do protoboard virtual. Em seguida, liguei um cabo da saída negativa da fonte ajustável a um ponto de referência de terra (GND) no protoboard virtual e um cabo da saída positiva da fonte ajustável ao ponto de entrada de alimentação no protoboard virtual. Na simulação, conectei os circuitos integrados 7490 e 4511 no protoboard virtual, juntamente com os displays de 7 segmentos. Posicionei os displays de forma que as pernas do lado direito estivessem conectadas nas linhas da coluna f e as pernas do lado esquerdo nas linhas da coluna e. Em seguida, conectei os pinos de alimentação dos circuitos integrados nas colunas de alimentação usando cabos adequados. Conectei o pino 14 de cada circuito integrado à coluna de alimentação positiva e o pino 7 de cada circuito integrado à coluna de alimentação negativa. Realizei as conexões nos circuitos integrados de acordo com o circuito apresentado, usando cabos adequados para as ligações. Durante a simulação, certifiquei-me de que a alimentação de energia estava desligada e verifiquei a continuidade das ligações usando o multímetro virtual. Após a montagem virtual do circuito, liguei a alimentação e verifiquei as tensões nos circuitos integrados usando o multímetro virtual. Confirmei se a alimentação VCC dos circuitos estava próxima de 5V±5%, conforme ajustado anteriormente. Em seguida, comecei a aplicar pulsos de 0 e 1 na chave de entrada de clock para verificar a contagem no display de 7 segmentos. Utilizei o analisador lógico disponível no simulador para acompanhar o resultado da mudança das saídas do contador. Registrei os resultados obtidos na tabela de operação do circuito. Embora não tenha realizado a prática física, a simulação me permitiu explorar as funcionalidades do decodificador, observar o comportamento das saídas do circuito e analisar os resultados obtidos. Análise e Resultados – Experimento 03 Nesta etapa do experimento, simulamos o funcionamento do decodificador utilizando o software TinkerCAD. Após montarmos o circuito conforme as especificações do procedimento, realizamos a simulação aplicando diferentes combinações de entrada. O objetivo foi observar as saídas correspondentes nos displays A e B. A tabela de operação do display A mostra as combinações de entrada de 4 bits e as saídas correspondentes exibidas no display. Cada linha da tabela representa uma combinação de entrada, onde cada bit pode ser 0 ou 1. As colunas representam as saídas no display A para cada combinação de entrada. A tabela de operação do display B segue o mesmo princípio, mostrando as combinações de entrada e as saídas correspondentes exibidas no display B. Nesta 6 tabela, cada linha representa uma combinação de entrada de 4 bits, e cada coluna representa a saída no display B para cada combinação de entrada. Observando as tabelas de operação, podemos identificar padrões e relações entre as entradas e as saídas nos displays A e B. Essas tabelas são úteis para compreender o funcionamento do decodificador e verificar se os resultados obtidos na simulação correspondem às expectativas teóricas. É importante ressaltar que, devido à indisponibilidade de recursos para realizar a montagem prática do circuito, os resultados apresentados são baseados exclusivamente na simulação realizada no software TinkerCAD. Tabela 3: Tabela de operação do Display BTabela 4: Tabela de operação do Display A Após descrever as tabelas de operação dos displays A e B, estou compartilhando uma foto do circuito simulado no Tinkercad. Nesta imagem, é possível ver a montagem virtual dos componentes que estou realizando. Estou configurando os circuitos integrados, os displays de 7 segmentos e fazendo as conexões necessárias. Na imagem, é possível observar claramente como os componentes estão dispostos no protoboard virtual e como os cabos estão conectados entre eles. Estou seguindo as instruções do procedimento e as especificações do experimento para montar o circuito corretamente. Ao mostrar a foto do circuito simulado, estou fornecendo uma representação visual concreta do projeto e reforçando a compreensão das etapas que estou seguindo durante a simulação. Dessa forma, outras pessoas podem visualizar o circuito montado e entender melhor a estrutura e a disposição dos componentes a partir da minha perspectiva. Contagem Completa 7490 B Display B QD QC QB QA Num° 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 Contagem Completa 7490 A Display A QD QC QB QA Num° 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 7 Figura 4: Circuito montado no TinkerCAD Durante a realização desta atividade, pude concluir algumas observações importantes. Primeiramente, ficou evidente que a montagem de um decodificador utilizando circuitos integrados e displays de 7 segmentos é um processo que requer atenção aos detalhes e precisão nas conexões. O procedimento fornecido foi útil para guiar o processo de montagem e garantir que os componentes fossem corretamente interligados. A principal dificuldade foi me familiarizar com a interface do Tinkercad e entender como simular corretamente o circuito proposto. Levei um tempo para explorar as opções e funcionalidades disponíveis na plataforma, além de buscar tutoriais e recursos online para obter mais informações sobre como utilizar o ambiente de simulação de forma eficiente. Apesar dessas dificuldades iniciais, consegui superá-las e realizar a simulação do circuito com sucesso. Utilizei as informações fornecidas no procedimento para montar o circuito virtualmente no Tinkercad e observei o comportamento dos displays de 7 segmentos conforme variava as entradas. No geral, essa atividade foi uma oportunidade de aplicar meus conhecimentos prévios sobre os componentes utilizados, ao mesmo tempo em que adquiri experiência no uso do ambiente de simulação. Essa combinação de familiaridade com os componentes e aprendizado do ambiente de simulação foi essencial para concluir a atividade com sucesso. Como resultado, obtive uma compreensão prática dos conceitos de decodificadores, circuitos integrados e displays de 7 segmentos. Além disso, a experiência de simulação me proporcionou um ambiente virtual para a montagem do circuito e a observação direta do seu funcionamento. Dessa forma, mesmo com as dificuldades encontradas no ambiente de simulação, a atividade foi concluída de forma satisfatória e as conclusões obtidas foram valiosas para fortalecer meu conhecimento sobre decodificadores e circuitos lógicos. Conclusão Ao longo deste relatório, apresentei os resultados da simulação de três experimentos envolvendo circuitos lógicos utilizando os simuladores MultiSim, SimulIDE e TinkerCAD. Embora eu já tivesse algum conhecimento prévio dos componentes utilizados nos experimentos, minha experiência anterior estava mais voltada para a para a teoria do que para a simulação em si. Durante a realização das simulações, pude observar e analisar o comportamento dos circuitos, compreendendo melhor os princípios de funcionamento dos decodificadores, contadores e multiplexadores. Os simuladores MultiSim, SimulIDE e TinkerCAD foram ferramentas úteis para essa exploração, cada um com suas características e peculiaridades. O MultiSim se destaca por oferecer uma ampla 8 gama de recursos e funcionalidades, permitindo uma simulação detalhada e precisa dos circuitos. Embora sua interface possa ser um pouco complexa para usuários iniciantes, ele oferece um alto nível de controle e opções de análise. O SimulIDE, por outro lado, apresenta uma interface mais simples e intuitiva, facilitando a montagem dos circuitos e a visualização das alterações nas saídas. Sua abordagem mais simplificada torna o simulador acessível mesmo para usuários com menos experiência. Já o TinkerCAD é uma plataforma online que oferece a possibilidade de simulação interativa de circuitos eletrônicos. Com uma interface amigável e recursos visuais atraentes, o TinkerCAD permite uma experiência imersiva na simulação dos circuitos. Embora tenha utilizado diferentes simuladores, todos eles desempenharam um papel importante na minha compreensão dos circuitos lógicos. As simulações me permitiram testar diferentes configurações e cenários, verificar o comportamento dos componentes em tempo real e obter resultados precisos. No geral, a experiência de simulação dos circuitos lógicos foi enriquecedora e contribuiu para o meu aprendizado. Através dos simuladores MultiSim, SimulIDE e TinkerCAD, pude aprimorar minha compreensão teórica e prática dos circuitos eletrônicos, explorando diferentes cenários e analisando o impacto das mudanças nas entradas e saídas. Embora a simulação seja uma ferramenta poderosa, reconheço que a experiência de montar e testar os circuitos fisicamente pode oferecer desafios e aprendizados adicionais. Portanto, futuramente, pretendo complementar minhas habilidades de simulação com a montagem prática dos circuitos para obter uma compreensão mais completa e abrangente dos conceitos e aplicações dos circuitos lógicos. Referências Gaipo, L. E. (2023, junho 5). Atividade Prática Eletrônica Digital. Relatório baseado em análises e observações do autor.
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