LabEltnDigital_02

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Laboratório de Eletrônica Digital
Portas Lógicas
Universidade Federal do Amazonas (UFAM)
Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Eletrônica e Computação (DTEC)
Portas Lógicas
Prof. Francisco Januário
Mestrando em Engenharia Elétrica (UFAM)
Bacharel em Engenharia de Telecomunicações (FUCAPI)
JANUARIO, Francisco – Slides das aulas de eletrônica digital,
Manaus: UFAM, 2013.
TAUB, Herbert – Circuitos digitais e microprocessadores, São
Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1984.
TOCCI, Ronald J. – Sistemas digitais: princípios e aplicações, 8.ed.,
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)
Referências
2Prof. Francisco Januário
TOCCI, Ronald J. – Sistemas digitais: princípios e aplicações, 8.ed.,
São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006.
BIGNELL, James W.; DONOVAN, Robert – Eletrônica digital, 5.ed.,
São Paulo: Cengage Learning, 2009.
CAPUANO, Francisco G. e IDOETA, Ivan V. Elementos de eletrônica
digital, 13.ed., São Paulo: Érica, 1988.
• São conjunto de circuitos integrados que possuem
mesmas características elétricas.
• RTL (Lógica Resistor-Transistor) OBSOLETA
• DTL (Lógica Diodo-Transistor) OBSOLETA
• TTL (Lógica Transistor-Transistor)MAIS POPULAR
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Famílias Lógicas (1/15)
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• TTL (Lógica Transistor-Transistor)MAIS POPULAR
• ECL (Lógica Emissor-Acoplado)
•MOS (Semicondutor Oxido de Metal):
• PMOS (Lógica MOSFET de canal-p) OBSOLETA
• NMOS (Lógica MOSFET de canal-n)
• CMOS (Lógica MOSFET – canais p e n) C.I.
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Famílias Lógicas (2/15)
Porta AND utilizando a tecnologia TTL
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Porta AND utilizando a tecnologia MOSFET
• Níveis Lógicos: O valor lógico “0”, ou nível lógico BAIXO
(L), é representado pela faixa de tensão de 0 à 0,8 V. O
valor lógico “1” , ou nível lógico ALTO (H), é representado
pela faixa de tensão de 2 à 5 V.
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VCC = 5 V ±±±± 5% VCC = 5 V
ENTRADA SAÍDA VIH = tensão mínima para
entrada com nível lógico ALTO
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VIL = 0,8 V
VIH = 2 V
ALTA
BAIXA VOL = 0,4 V
VOH = 2,4 V
ALTA
BAIXA
entrada com nível lógico ALTO
VIL = tensão máxima para
entrada com nível lógico
BAIXO
VOH = tensão mínima para
saída com nível lógico ALTO
VOL = tensão máxima para
saída com nível lógico BAIXO
• Tempo de Propagação: O sinal lógico sofre retardo em
suas passagens de nível lógico.
• TPLH: Tempo de propagação de nível “0” para “1”
• TPHL: Tempo de propagação de nível “1” para “0”
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• Imunidade a Ruído: Capacidade de tolerância a ruídos
(sinais espúrios nos níveis de tensão) sem alteração dos
níveis lógicos na saída.
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VNH = Margem de ruído
(tensão) em nível ALTO
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VNH = VOH(mín) – VIH(mín)
VNL = Margem de ruído
(tensão) em nível BAIXO
VNL= VIL(máx) – VOL(máx)
• FAN-IN: Quantidade máxima de portas lógicas que podem
ser ligadas a entrada. Corrente máxima de entrada de um
dispositivo lógico.
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Famílias Lógicas (6/15)
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• FAN-OUT: Quantidade máxima de portas lógicas que
podem ser ligadas a saída.
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• FAN-OUT (continuação): Por exemplo, uma porta lógica
com fan-out de 20 pode alimentar até 20 entradas lógicas
padrão.
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• Família TTL: derivada da família DTL, possui transistores
bipolares de vários emissores (multiemissores).
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• Subfamílias TTL: 74L, 74F, 74H, 74S, 74LS, 74AS, etc.
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• Séries TTL: Os circuitos integrados TTL possuem 2 séries:
• 74XX (Série comercial)
• Temperatura: 0 a 70°C
• Alimentação: 4,75 à 5,25 V
• 54XX (Série militar)
• Temperatura: -55 a 125°C
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• Temperatura: -55 a 125°C
• Alimentação: 4,5 à 5,5 V
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• Tensões TTL: Níveis de tensão para versão padrão TTL.
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• Imunidade a ruído: baixo comparado com o CMOS.
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• Fan-out TTL: de modo geral igual a 10.
• Atraso de Propagação: Em torno de 10ns. tplh (Low to
High) e tphl (High to Low)
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• Potência dissipada: 10mW
• Vantagens e Desvantagens
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• Família CMOS: estrutura básica formada por um
eletrodo de metal conectado a uma camada de óxido
isolante que é depositada sobre um substrato de silício.
Os transistores construídos a partir da tecnologia MOS.
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• Séries CMOS: 4000 e 74C
• Tensão de Alimentação CMOS: na faixa de 3V a 15V
(4000 e 74C), para a versão HC de 2V a 6V e para HCT
de 4,5V a 5,5V. Para as séries de baixa voltagem, a faixa
é de 1V a 3,6V para LV e 1,2V a 3,3V, tensão típica de
vários sistemas atuais.
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Famílias Lógicas (13/15)
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vários sistemas atuais.
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•Margem de Ruído:Mais alto que a família TTL (45% de
Vcc).
• Dissipação de Potência: Extremamente baixo. Para 5V
é de 1nW (série 4000) e de 2,5nW (série 74HC).
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• Fan-out CMOS: 20 para altas frequências e 50 em
baixas frequências.
• Velocidade de comutação: extremamente alta
comparada com a família TTL.
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• Vantagens e Desvantagens CMOS
• Comparando TTL e CMOS
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Famílias Lógicas (15/15)
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• Comparando TTL e CMOS
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• É o invólucro protetor de um circuito integrado.
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Encapsulamento DIP (1/1)
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• Permite simular circuitos lógicos.
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MultiSim (1/1)
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Material para os experimentos
Componentes:
7400: CI com 4 Portas Lógicas NAND de 2 entradas
7402: CI com 4 Portas Lógicas NOR de 2 entradas
7404: CI com 6 Portas Lógicas NOT
7408: CI com 4 Portas Lógicas AND de 2 entradas
7432: CI com 4 Portas Lógicas OR de 2 entradas
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Experimentos (1/9)
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7432: CI com 4 Portas Lógicas OR de 2 entradas
LED
Resistor: 150Ω
Material:
Protoboard
Equipamentos:
Multímetro
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Experimento 1
1.1. Monte no simulador as portas AND, OR, NOT, NAND e
NOR, e construa a Tabela Verdade medindo e anotando os
valores de tensão nas entradas e na saída das portas
lógicas.
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Experimentos (2/9)
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lógicas.
1.2. Monte, no protoboard, os circuitos lógicos simulados e
construa a Tabela Verdade, anotando os valores medidos
pelo multímetro nas entradas e saída do CI.
Obs.: Observe o comportamento do LED e compare com o
valor da saída na Tabela Verdade.
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Experimento 1: Exemplo com a porta AND no simulador.
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Experimentos (3/9)
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Experimento 1: Exemplo com a porta AND no protoboard.
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Experimentos (4/9)
23Prof. Francisco Januário
Experimento 2
2.1. Monte no simulador um circuito lógico, utilizando a
porta lógica AND, que faça um LED ficar piscando conforme
a freqüência de 1 Hz.
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Experimentos (5/9)
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2.2. Monte, no protoboard, o mesmo circuito do item 2.1
utilizando CI digital.
Se a freqüência aumentar para 60 Hz o que acontece? E
para 10kHz?
Prof. Francisco Januário
Experimento 2: Simulando.
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Experimentos (6/9)
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Experimento 2:Montando.
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Experimentos (7/9)
26Prof. Francisco Januário
Experimento 3: Construao circuito lógico abaixo. Monte a
Tabela Verdade, com valores de níveis de tensão,
considerando todas as combinações de entrada.
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Experimentos (8/9)
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Experimento 4: Desenvolva um circuito lógico que avise ao
supervisor de produção, através de um sinal luminoso, quando
a linha de produção parou, ao ocorrer uma das seguintes
situações:
1) Os insumos acabaram
2) Os insumos estão com defeito ou trocados
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Experimentos (9/9)
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2) Os insumos estão com defeito ou trocados
3) Horário de almoço
4) Terminou o turno de trabalho
O circuito deve informar (outro sinal luminoso) que a linha
parou E a causa foi problema de insumo. Considere que o nível
lógico “1” equivale a tensão de +5V e que o nível “0” é igual a
0V.
Prof. Francisco Januário
1) Os blocos básicos de circuitos lógico se comportaram
conforme a Lógica Matemática? Explique.
2) Monte as expressões lógicas de cada experimento e
compare com a Tabela Verdade, descrevendo o
comportamento do circuito simulado e/ou montado.
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Relatório
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comportamento do circuito simulado e/ou montado.
3) Adicione ao experimento os DATASHEET’s informando
tensão de alimentação e faixa de operação do CI, como
por exemplo, temperatura.
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DATASHEET (1/2)
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DATASHEET (2/2)
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