Apostila de Treinamento BIT9 - Conjunto Didático de Eletrônica Digital

Prévia do material em texto

Conjunto Didático de 
Eletrônica Digital 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
2 
Apostila de Treinamento 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento de Eletrônica Digital 
Erick Marquardt de Araújo 
 
 
Esta apostila é parte integrante do Conjunto Didático de Eletrônica Digital, e 
utiliza módulos deste equipamento para a realização dos ensaios. 
 
Para maiores informações entre em contato com a Bit9 
contato@bit9.com.br 
(11) 2292-1237 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
2 
Apostila de Treinamento 
Sumário 
 
Experiência 1: Portas Lógicas I ....................................................................... 4 
Experiência 2: Portas Lógicas II .................................................................... 14 
Experiência 3: Sistemas Numéricos e Comparador de Magnitude ............... 24 
Experiência 4: Unidade Lógica Aritmética ..................................................... 34 
Experiência 5: Display de 7segmentos e Matriz de Pontos ........................... 42 
Experiência 6: Flip-flops ................................................................................ 52 
Experiência 7: Contadores Assíncronos ....................................................... 60 
Experiência 8: Contadores Síncronos e Código Gray ................................... 68 
Experiência 9: Latch e Buffer ........................................................................ 76 
Experiência 10: Registrador de Deslocamento ............................................. 84 
Experiência 11: Decodificador BCD-Decimal e Decimal-BCD ...................... 90 
Experiência 12: Memória RAM ...................................................................... 96 
Experiência 13: Conversor D/A ................................................................... 106 
Experiência 14: Conversor A/D ................................................................... 114 
Experiência 15: Multiplexadores e Demultiplexadores ................................ 122 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
4 
Apostila de Treinamento 
Experiência 1: Portas Lógicas I 
 
Objetivo 
 Estudar as características elétricas das portas lógicas; 
 Estudar as principais operações booleanas; 
 Projetar e montar um circuito combinacional utilizando portas lógicas. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED50 – Portas Lógicas 
 Cabos banana 
 
Introdução 
Uma das pedras fundamentais da eletrônica digital é a álgebra booleana, que 
recebe este nome em homenagem a seu criador, o matemático inglês George 
Boole. O que faz desta álgebra tão especial, é que ela define um conjunto de 
operações realizadas com elementos (ou operandos) que só podem assumir valores 
0 (zero) e 1 (um), servindo perfeitamente aos propósitos da eletrônica digital. 
 
Como sabemos, em eletrônica digital, um determinado sinal, seja de entrada ou 
saída, apenas pode assumir um de dois estados lógicos existentes: o nível alto 
(convencionalmente associado ao valor numérico 1) e o nível baixo 
(convencionalmente associado ao valor numérico 0). 
 
Embora na teoria seja bastante simples distinguir entre um valor e outro, 
infelizmente na prática isso nem sempre é verdade. Afinal, em um circuito digital, 
estes níveis lógicos são representados por valores de tensão. Em circuitos bem 
dimensionados e com pouca incidência de ruídos poderemos facilmente encontrar 
sinais digitais com tensão de 5V, para nível alto, e 0V para nível baixo, não havendo 
qualquer ambigüidade. Mas e se tivermos um sinal com 2,5V, que nível será que ele 
representa? 
 
Pois bem, diferentes famílias de circuitos digitais interpretam estes níveis 
intermediários de maneiras distintas. Quando dizemos famílias de circuitos digitais 
nos referimos ao tipo de arquitetura que é empregada na confecção do circuito 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
5 
integrado. Uma das famílias mais difundidas, e também uma das primeiras a ser 
comercializada em larga escala é a família TTL (Transistor-Transitor Logic), em que 
todo circuito digital é construído com associação de transistores. Outra família bem 
conhecida é a família CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), cujos 
circuitos lógicos são construídos com transistores do tipo MOSFET (Metal Oxide 
Semiconductor Field Effect Transistor), transistores mais sofisticados, que 
apresentam menor dissipação de potência e maior capacidade de integração. 
 
Neste momento, mais importante que entender a característica estrutural de cada 
família, é entender os diferentes limites de tensão que definem cada nível lógico. 
Estes limites de tensão são trazidos nos manuais dos componentes, nos campos 
mostrados abaixo, e são diferentes para entrada e saída do dispositivo (geralmente 
os limites de entrada são mais permissivos que os limites de saída, com o intuito de 
reduzir problemas na interligação de dispositivos): 
 
Campo Descrição 
VIL Tensão máxima permitida na entrada, para que o sinal seja 
interpretado como nível baixo 
VIH Tensão mínima permitida na entrada, para o que o sinal seja 
interpretado como nível alto 
VOL Tensão máxima presente na saída do dispositivo, quando esta 
estiver em nível baixo 
VOH Tensão mínima presente na saída do dispositivo, quando esta 
estiver em nível baixo 
Nota: Os limites de saída (VOH e VOL) dependem da intensidade de corrente que é 
drenada pelo dispositivo (quando sua saída está em nível baixo) ou fornecida por 
ele (quando sua saída está em nível alto). Afinal, estando, por exemplo, a saída do 
dispositivo em nível alto, é de se esperar que se acoplando uma carga de baixa 
resistência (drenando mais corrente) o valor de VOH seja reduzido. Portanto, os 
manuais geralmente trazem estes valores para um determinado valor de corrente 
utilizado no ensaio. A capacidade de fornecer, ou drenar, corrente por um 
dispositivo digital é freqüentemente referenciado como “fan-out” do dispositivo. 
 
Esses limites ficam mais claros quando são representados em uma representação 
gráfica, como a mostrada a seguir. Note que para cada família, existe certo intervalo 
marcado como “indeterminado”, neste intervalo o dispositivo está operando fora de 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
6 
Apostila de Treinamento 
especificação, e pode tanto interpretar o valor em sua entrada como sendo nível alto 
ou baixo, por essa razão, sinais nestes intervalos devem ser evitados. 
 
 
 
Assim, respondendo a pergunta que fizemos antes, um sinal de 2,5V seria 
interpretado como nível alto, caso estivéssemos trabalhando com a família TTL e 
seria indeterminado, caso estivéssemos trabalhando com a família CMOS. 
 
Até este ponto, falamos de circuitos digitais sem dizer exatamente qual a função 
deles. Fato é que existe no mercado uma verdadeira miríade de componentes 
digitais com funções específicas, mas certamente entre os mais simples estão as 
portas lógicas. Afinal, foi através delas que a eletrônica digital de popularizou e eram 
com elas que os mais complexos circuitos digitais eram construídos nas décadas de 
70 e 80. 
 
Como dissemos antes,na base da eletrônica digital está a álgebra boolena. Esta 
álgebra define operações fundamentais realizadas com elementos binários (que 
apresentam apenas dois possíveis valores, 0 ou 1). Entre as operações mais 
conhecidas estão a operação E, OU e NÂO; também conhecidas por seus nomes 
em inglês: AND, OR, NOT. Pois bem, uma porta lógica é justamente um circuito 
digital que realiza uma destas operações. A seguir temos a representação gráfica 
de cada uma das portas lógicas com sua respectiva Tabela da Verdade, que é a 
tabela que diz qual o valor da saída da porta para cada uma das combinações 
possíveis na entrada. 
 
 
Valor 1
Indeterm.
Valor 1
Valor 0
VIH
VIL
0,8V
2,0V
Valor 1
Indeterm.
Valor 1
Valor 0
VOH
VOL
0,4V
2,4V
Entrada Saída
Indeterm.
Valor 1
Valor 0
VIH
VIL
1,5V
3,5V
Indeterm.
Valor 1
Valor 0
VOH
VOL
0,4V
4,4V
Entrada Saída
Família TTL Família CMOS
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
7 
Porta E 
 
A
B
S
 
 
Porta OU 
 
A
B
S
 
 
Porta NOT 
SA
 
 
Porta NE 
 
A
B
S
 
 
Porta NOU 
 
A
B
S
 
 
 
A B S 
0 0 0 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 1 
A B S 
0 0 0 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 1 
A S 
0 1 
1 0 
A B S 
0 0 1 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 0 
A B S 
0 0 1 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 0 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
8 
Apostila de Treinamento 
Procedimento 
Nesta experiência vamos verificar o funcionamento de algumas portas lógicas e 
construir um circuito combinacional. 
 
Exemplo de aplicação: 
As portas lógicas têm um vasto campo de aplicação, são peças elementares em 
qualquer circuito digital, sendo a base para construção de circuitos somadores, 
ULAs, circuitos seqüenciais e até microprocessadores. 
 
1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações 
no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Vamos levantar a tabela da verdade de cada uma das portas. Para isso, alterne o 
estado das chaves, a fim de reproduzir cada um dos estados da tabela da verdade, 
e marque o estado presente na saída da porta: 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Altere as ligações para o esquema mostrado a seguir: 
 
Porta E 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Porta OU 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Porta NOU 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Porta NE 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
10 
Apostila de Treinamento 
4. Preencha as tabelas da verdade abaixo, alterando o estado dos geradores de 
pulso e observando o estado da saída das portas. 
 
5. Note que na ligação realizada que ambas as entradas das portas lógicas E e OU 
estão curto-circuitadas. Como a saída destas portas se comporta neste tipo de 
ligação? 
 
 
 
 
 
 
6. Note que na ligação realizada que ambas as entradas das portas lógicas NE e 
NOU estão curto-circuitadas. Como a saída destas portas se comporta neste tipo de 
ligação? 
 
 
 
 
 
 
7. Uma operação boolena bastante comum é a conhecida como OU-Exclusivo, 
abreviada como XOU. Nesta operação o resultado é 1, apenas quando uma das 
entradas está em valor alto, e zero quando ambas as entradas estão em 0 ou 1. 
Porta E Porta OU Porta NE Porta NOU 
AB S AB S AB S AB S 
0 0 0 0 
1 1 1 1 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
11 
Escreva abaixo como seria a tabela da verdade desta operação e sua expressão 
booleana. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. Com base nos dados do exercício anterior, mostre como seria o digrama lógico 
de um circuito que realiza a operação XOU: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9. Monte o circuito projetado no item anterior utilizando as portas lógicas do módulo 
MED50. 
 
10. Levante a tabela da verdade do circuito projetado. E compare com a tabela 
esperada, que você preencheu no item 7. 
 
 
 
Porta XOU 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
12 
Apostila de Treinamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 Cite uma aplicação possível para este tipo de operação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porta XOU 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
13 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
14 
Apostila de Treinamento 
Experiência 2: Portas Lógicas II 
 
Objetivo 
 Estudar as características elétricas das portas lógicas; 
 Montar um circuito combinacional utilizando portas lógicas; 
 Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED52 – Portas Lógicas 
 Multímetro ou Miliamperímetro 
 Osciloscópio 
 Cabos banana 
 
Introdução 
Na experiência passada observamos o funcionamento de algumas portas lógicas, 
levantamos suas tabelas da verdade e chegamos a projetar e montar um circuito 
combinacional. Porém, falamos apenas brevemente das características elétricas das 
portas lógicas disponíveis no mercado. 
 
Podemos separar essas características em dois grandes grupos, características DC 
(corrente contínua) e características AC (corrente alternada). Obviamente, tratando-
se de um circuito integrado digital, jamais podemos utilizar tensões AC da rede 
elétrica nestes dispositivos, quando nos referimos a características AC, queremos 
dizer que estamos dando ênfase ao comportamento deste dispositivo na presença 
de sinais pulsantes em suas entradas, ou seja, seu comportamento dinâmico. Já 
quando nos referimos características DC, estamos interessados nos limites elétricos 
do dispositivo em uma determinada condição de trabalho, ou seja, seu 
comportamento estacionário. 
 
Na experiência passada, vimos um importante conjunto de características DC, as 
tensões VIH, VIL, VOH e VOL; que determinam os limites elétricos de cada nível 
lógico (1 ou 0) do dispositivo, Mas temos outras características elétricas que são 
detalhadas na tabela a seguir: 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
15 
Campo Descrição 
VIL 
Tensão máxima permitida na entrada, para que o sinal seja interpretado 
como nível baixo 
VIH 
Tensão mínima permitida na entrada, para o que o sinal seja interpretado 
como nível alto 
VOL 
Tensão máxima presente na saída do dispositivo, quando esta estiver em 
nível baixo. Este limite de tensão depende da corrente que está sendo 
drenada pelo dispositivo, por isso, os manuais de componentes 
especificam em que condições foram feitos os ensaios. 
VOH 
Tensão mínima presente na saída do dispositivo, quando esta estiver em 
nível baixo. Este limite de tensão depende da corrente que está sendo 
fornecida pelo dispositivo, por isso, os manuais de componentes 
especificam em que condições foram feitos os ensaios. 
IOMAX 
Corrente máxima que pode ser fornecida pela saída do dispositivo,também conhecida como fan-out. É importante observar que, por 
convenção, um valor positivo de IO refere-se a corrente sendo drenada 
pelo dispositivo, ou seja, sua saída está em nível baixo e ele está 
absorvendo esta corrente e jogando para o terra. Enquanto que um valor 
positivo de IO indica corrente sendo fornecida pelo dispositivo, ou seja, 
sua saída está em nível alto e ele está fornecendo corrente do Vcc para a 
saída. Os limites de corrente para fornecimento e drenagem podem ser, e 
geralmente o são, diferentes. Neste caso é comum ver em manuais dados 
como IOMAX = +20mA / -0.4mA, indicando que ele pode drenar 20mA, mas 
apenas fornecer 0.4mA. 
II 
Corrente máxima consumida pela entrada do dispositivo, em dispositivos 
CMOS também pode ser representa por ILI (Input Leakage Current), pois 
como estes dispositivos tem a entrada isolada (base de um MOSFET) a 
corrente consumida é na verdade a corrente de vazamento deste 
transistor. 
ICC 
Corrente máxima consumida pelo dispositivo para sua alimentação. Este 
valor depende da corrente sendo fornecida pelas saídas, por isso 
geralmente o valor de IO utilizado no ensaio é especificado. 
Nota: É comum que os parâmetros DC dependam do valor de Vcc utilizado para 
alimentar o dispositivo e da temperatura ambiente durante o ensaio. Por essa razão 
os manuais costumam trazer as condições em que o ensaio foi realizado. 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
16 
Apostila de Treinamento 
Para ilustrarmos com dados reais, abaixo estão as características DC de uma porta 
lógica NÃO, código 74HC04, fabricada pela NXP e presente no módulo MED52 do 
conjunto didático: 
 
Fonte: http://ics.nxp.com/products/hc/datasheet/74hc04.74hct04.pdf 
 
Já no tocante as características AC, existem duas de notória importância, 
apresentadas na tabela abaixo: 
Campo Descrição 
tPHL / tPLH Tempo de propagação do dispositivo, isto é, o tempo que sua saída 
demora para responder a partir de uma mudança no estado das entradas. 
Se a alteração na saída é do tipo Alto->Baixo, o a nomenclatura utilizada é 
tPHL, se for do tipo Baixo->Alto, utilizamos tPLH. 
tTHL, tTLH Tempo de transição da sida, é o tempo que a saída gasta para sair de um 
estado e ir para outro. Se esta transição for do tipo Alto->Baixo, nos 
referimos como tTHL, caso seja o oposto a nomenclatura utilizada é tTLH. 
 
A figura a seguir deve facilitar o entendimento de como estes tempos são medidos, 
ela também foi obtida do manual do 74HC04, fabricado pela NXP. 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
17 
 
Fonte: http://ics.nxp.com/products/hc/datasheet/74hc04.74hct04.pdf 
 
Para grande dos circuitos integrados disponíveis no mercado estes tempos são 
pequenos, estando na ordem de alguns nanossegundos. A tabela a seguir ilustra 
com os dados reais do 74HC04 da NXP: 
 
Fonte: http://ics.nxp.com/products/hc/datasheet/74hc04.74hct04.pdf 
 
 especial, é que ela define um conjunto de operações realizadas com elementos (ou 
operandos) que só podem assumir valores 0 (zero) e 1 (um), servindo perfeitamente 
aos propósitos da eletrônica digital. 
 
Como sabemos, em eletrônica digital, um determinado sinal, seja de entrada ou 
saída, apenas pode assumir um de dois estados lógicos existentes: o nível alto 
(convencionalmente associado ao valor numérico 1) e o nível baixo 
(convencionalmente associado ao valor numérico 0). 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
18 
Apostila de Treinamento 
Procedimento 
Nesta experiência vamos explorar algumas características elétricas das portas 
lógicas e construir um circuito combinacional. 
 
Exemplo de aplicação: 
As portas lógicas têm um vasto campo de aplicação, são peças elementares em 
qualquer circuito digital, sendo a base para construção de circuitos somadores, 
ULAs, circuitos seqüenciais e até microprocessadores. 
 
1. Antes de explorarmos as características elétricas, vamos trabalhar um pouco com 
as portas lógicas existentes no MED52. Utilizando cabos banana de tamanho 
apropriado, realize as ligações no bastidor do conjunto didático conforme mostrado 
na figura a seguir: 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. No final do ensaio anterior, construímos com circuito digital que realiza a 
operação booleana OU-Exclusivo (abreviado para XOU). Felizmente existem 
circuitos integrados que já realizam esta operação, sendo que o símbolo da porta 
lógica que realiza esta operação é mostrado abaixo. Levante a tabela da verdade 
desta porta variando os estados dos geradores de nível lógico e anotando o estado 
da saída para cada combinação: 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
19 
A
B
S
 
 
 
 
 
 
3. Outra operação boolena bastante comum é o NOU Exclusivo, abreviado como 
NXOU, que é simplesmente a operação XOU invertida. Nesta operação a saída 
apenas tem estado lógico 1, quando ambas as entradas tem valores iguais. Por isto 
esta operação também é conhecida como coincidência. O símbolo da porta lógica 
que realiza a operação NXOU é mostrado abaixo. Levante a tabela da verdade 
desta porta lógica. 
 
A
B
S
 
 ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ 
 
 
 
 
4 Cite uma aplicação possível para a operação NXOU. 
 
 
 
 
 
 
Porta XOU 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Porta NXOU 
A B S 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
20 
Apostila de Treinamento 
5. Embora a operação XOU seja bastante simples quando observamos sua tabela 
da verdade, sabemos que ela não é tão trivial, assim como não é trivial realizá-la 
com mais de dois operandos. O circuito abaixo mostra como uma porta XOU de três 
entradas é construída a partir de duas portas XOU de duas entradas. Encontre a 
expressão booleana na forma de somatória de produtos para esta expressão: 
A
B S
C
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Construa uma porta XOU de três entradas utilizando as portas XOU disponíveis 
no módulo MED52 e levante sua tabela da verdade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porta XOU 
A B C S 
0 0 0 
0 0 1 
0 1 0 
0 1 1 
1 0 0 
1 0 1 
1 1 0 
1 1 1 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
21 
7. Agora vamos explorar um pouco as características elétricas das portas lógicas. 
Para isso utilizaremos as portas NÃO (também conhecida como inversora) 
disponíveis no módulo MED52. Primeiramente, realize as conexões conforme 
mostrado a seguir: 
+mA -
 
8. Mantendo o gerador de nível lógico em 0, altere a resistência do potenciômetro 
para mudar o valor de corrente fornecida pela porta lógica, medindo para cada 
corrente a tensão existente na saída deste dispositivo, preenchendo a tabela abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9. A tensão de saída em nível alto alterou-se para diferentes valores de corrente? 
Explique quais são as implicações disso na prática. 
 
 
 
IO VOH 
1mA 
2,5mA 
5mA 
10mA 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
22 
Apostila de Treinamento 
 
 
 
10. Ligue a entrada da porta inversora no gerador de freqüência de 100kHz, e com o 
auxílio do osciloscópio meça os tempos tPHL e tTHL preenchendo a tabela abaixo, 
utilize a figura a seguir para orientá-lo. 
 
 
11 Cite as principais implicações destes tempos de atraso no funcionamento de um 
circuito digital.tPHL 
tTHL 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
24 
Apostila de Treinamento 
Experiência 3: Sistemas Numéricos e Comparador de 
Magnitude 
 
Objetivo 
 Estudar os sistemas numéricos binário e hexadecimal; 
 Montar um circuito comparador de magnitude. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED20 – Comparador de Magnitude 
 Cabos banana 
 
Introdução 
Nos ensaios anteriores construímos circuitos que realizavam operações booleanas 
e apresentavam uma única saída digital. Assim eles eram capazes de, a partir 
destas operações, tomar decisões do tipo Verdadeiro/Falso, Ligar/Desligar, 
OK/Errado; enfim, decisões onde apenas duas opções são possíveis. 
 
Felizmente a eletrônica digital é muito mais poderosa que isso e ela começa a ficar 
bem mais interessante quando agrupamos vários sinais digitais para representar 
números, e realizamos operações sobre estes números. Você deve estar 
imaginando algo como uma calculadora, pois foi exatamente este um dos grandes 
saltos da eletrônica digital, em 1971 a Intel lançou o 4004, a primeira unidade de 
processamento capaz de realizar operações lógicas (E, OU, NÃO, etc.) e aritméticas 
(+, -, x, ÷) com operandos de 4bits. 
 
Chegaremos lá, mas primeiro temos de entender como números são representados 
por sinais digitais. Conforme vimos até aqui, um sinal digital pode apresentar dois 
estados lógicos que são representados pelos valores 0 e 1. Se agruparmos dois 
sinais digitais, teremos 4 combinações de estados possíveis: 00, 01, 10, 11. Certo? 
Podemos então dizer que a primeira combinação representa o número 0, a segunda 
combinação o número 1, a terceira, o número 2 e a última o número 3. O que 
estamos fazendo é justamente associar um número decimal a uma combinação de 
sinais digitais. Pois esse é justamente o princípio que utilizamos para representar 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
25 
qualquer número inteiro (para números fracionários a história é um pouco mais 
complexa) em um sistema digital. 
 
Os números que utilizamos no dia a dia estão em base decimal, ou base 10, porque 
todos eles são formados por dígitos que vão de 0 a 9, ou seja, são formados por 
dígitos que podem assumir 10 valores diferentes (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9), por isso 
o nome base 10. Sem dúvida, este é o sistema numérico que surgiu primeiro e é 
também o mais empregado e difundido. Isto porque o ser humano, quando começou 
a desenvolver a habilidade de contar, utilizava os dedos da mão para fazê-lo, e a 
grande maioria das pessoas tem 10 dedos nas mãos. O que talvez ninguém tenha 
lhe dito até hoje é que, quando escrevemos um número em base 10, estamos na 
realidade escrevendo uma seqüência de potências de 10. Veja o exemplo abaixo 
para o número 5731: 
 
 
 
 
 
 
Para representar números utilizando sinais digitais, prosseguimos de maneira 
análoga, porém, como cada sinal pode apresentar apenas 2 valores possíveis, a 
base utilizada para representar os números é a base binária, ou base 2. Nesta base 
cada dígito pode apresentar valor 0 ou 1, e corresponde a uma potência de 2, 
conforme mostrado na figura a seguir: 
 
 
 
 
 
 
Assim, podemos perceber que o número binário 1101, corresponde ao número 
decimal 13. Note que, enquanto na base decimal podemos representar números até 
9999 utilizando quatro dígitos, na base binária com quatro dígitos, representamos no 
máximo 1111, que equivale ao decimal 15. Apenas por curiosidade, para 
representar o número 9999 em binário, utilizamos 14 dígitos (10011100001111). 
Cada dígito binário é comumente chamado de bit, assim dizemos que 1111 é um 
5 7 3 1 
103 102 102 100 
5.103 + 7.10
2 + 3.101 + 1.100 = 5731 
 23 22 21 20 
1.23 + 1.2
2 + 0.21 + 1.20 = 13 
1 1 0 1 LSB MSB 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
26 
Apostila de Treinamento 
número binário de 4 bits. Conforme podemos observar na figura anterior, o bit 
localizado mais a esquerda representa a maior potência de 2 (no caso, 23) é por 
isso é conhecido como Bit Mais Significativo (ou em inglês MSB – Most Significant 
Bit) e o dígito mais a direita representa a menor potência de 2 (20) e é conhecido 
como Bit Menos Significativo (ou em inglês LSB, Least Significant Bit). 
 
 
Na experiência passada observamos o funcionamento de algumas portas lógicas, 
levantamos suas tabelas da verdade e chegamos a projetar e montar um circuito 
combinacional. Porém, falamos apenas brevemente das características elétricas das 
portas lógicas disponíveis no mercado. 
 
Podemos separar essas características em dois grandes grupos, características DC 
(corrente contínua) e características AC (corrente alternada). Obviamente, tratando-
se de um circuito integrado digital, jamais podemos utilizar tensões AC da rede 
elétrica nestes dispositivos, quando nos referimos a características AC, queremos 
dizer que estamos dando ênfase ao comportamento deste dispositivo na presença 
de sinais pulsantes em suas entradas, ou seja, seu comportamento dinâmico. Já 
quando nos referimos características DC, estamos interessados nos limites elétricos 
do dispositivo em uma determinada condição de trabalho, ou seja, seu 
comportamento estacionário. 
 
O processo de conversão de um número binário para decimal é relativamente 
simples, e praticamente o fizemos quando mostramos como um número binário é 
representado. Basta somar o valor das potências de 2 associadas com cada dígito 
de valor 1, como mostrado abaixo: 
 
 
 
 
 
O processo inversão, conversão de um número decimal é um pouco mais 
complicado. Uma das maneiras mais simples de realizar esta conversão é através 
de divisões por 2, abandonando-se o resto, até o quociente chegar a zero. Ao fim 
das divisões o número convertido em binário estará no resto das divisões, conforme 
mostrado na figura a seguir na conversão do número 25 em binário: 
23 + 2
2 + 20 = 13 
1 1 0 1 LSB MSB 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
27 
 
 
 
 
Outra base numérica muito empregada em eletrônica digital é a base hexadecimal, 
ou base 16. Nesta base cada digito pode apresentar um de 16 valores possíveis, 
são eles 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F (isso mesmo, letras são 
utilizadas para representar valores maiores que 9). Como era de se esperar, cada 
digito de um número hexadecimal representa uma potência de 16, conforme 
mostrado a seguir para o número 9FCD 
 
 
 
 
 
 
 
Como pode ser observado, esta conversão pode ser bastante complicada, 
principalmente quando envolve potências grandes de 16, mas o fato é que ela 
raramente é necessária na prática. A razão pela qual a base hexadecimal é tão 
difundida em eletrônica digital é que a conversão de hexa para binário, e vice-versa, 
é bastante simples, tão simples que, costumam-se representar valores numéricos 
utilizados em circuitos digitais, utilizando a base hexadecimal, mesmo sabendo que 
LSB 
MSB 
9 F C D 
163 162 162 160 
9.103 + 15.10
2 +12.101 + 13.100 = 40909 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
28 
Apostila de Treinamento 
a prática estes números estão representados por sinais digitais, ou seja, na forma 
binária. Desta forma para evita-se a escrita de longas seqüencias de zeros e uns 
que se tornam ilegíveis e difíceisde memorizar. Para converter de binária para 
hexadecimal, basta agrupar os dígitos binários em grupos de 4 bits (que são 
conhecidos como nibbles) e substituí-los pelo seu equivalente hexadecimal, 
conforme mostrado a seguir: 
 
 
 
 
 
O processo inverso é semelhante, basta substituir os símbolos hexadecimais por 
seus equivalentes binários. Obviamente, este processo torna-se mais fácil e 
automático quando sabemos de cor a correspondência entre cada nibble e seu 
equivalente em hexadecimal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1001 
9 
1111 1100 1101 
F C D 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
29 
Procedimento 
Nesta experiência vamos exercitar conversões entre os sistemas numéricos e em 
seguida montar um circuito comparador. 
 
Exemplo de aplicação: 
Circuitos comparadores podem ser utilizados para verificação de integridade de 
dados, decodificadores de endereços, além de fazerem parte de praticamente todas 
as Unidades Lógicas Aritméticas (ULA). 
 
1. Utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor 
do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Preencha a tabela abaixo, convertendo os valores para binário e decimal. Em 
seguida, altere os estados das chaves para cada um dos valores binários, e registre 
o valor exibido no display do conjunto didático. 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
30 
Apostila de Treinamento 
Tabela de Conversão 
Decimal Binário Hexadecimal Valor no Display 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
Nota: O display do conjunto didático não exibe valores maiores que 9. 
 
3. Uma das operações mais básicas realizada com valores numéricos é a de 
comparação. Um comparador de magnitude simples é um circuito digital, cuja saída 
é ativada quando os dois operandos são iguais. Obviamente, quanto mais bits 
tiverem estes operandos, mais complexo é o circuito. Projete um circuito digital que 
realize a comparação de dois operandos de 4bits. 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Felizmente, na prática não precisamos montar este circuito utilizando portas 
lógicas, já que existem alguns circuitos integrados que realizam esta função. O 
módulo MED20 traz um destes dispositivos, o 74HC688. Instale o módulo no 
bastidor do conjunto didático e realiza as ligações mostradas abaixo: 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
32 
Apostila de Treinamento 
5. Note que da maneira que as ligações foram feitas, as chaves D0 a D3 
correspondem a um operando e as chaves D4 a D7 ao outro operando. Note 
também que o comparador presente no módulo MED20 utiliza operandos de 8 bits, 
e na ligação proposta os bits mais significativos de cada operando foram ligados ao 
terra. Isto afeta o resultado da comparação? 
 
 
 
 
 
 
6 Altere o estado dos geradores de nível lógico e descreva como a saída do módulo 
se comporta. 
 
 
 
 
 
 
 
7 Na ligação realizada o borne G está conectado ao terra. Remova esta ligação e 
ligue ele a um gerador de nível lógico. Altere o estado deste sinal e explique como a 
saída se comporta. Qual a função do sinal G? 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
33 
 
 
8 Descreva algumas aplicações do comparador de magnitude. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
34 
Apostila de Treinamento 
Experiência 4: Unidade Lógica Aritmética 
 
Objetivo 
 Estudar as operações aritméticas com operandos binários; 
 Montar um circuito utilizando um ULA. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED35 – ULA 
 Cabos banana 
 
Introdução 
Até este momento aprendemos um conjunto de sinais digitais pode representar um 
número em base binária e aprendemos uma operação bastante simples, a 
comparação. Convém agora estudarmos outras operações, lógicas e aritméticas, 
realizadas com operandos binários. 
 
Começaremos pela adição. A operação de adição de números binários é 
extremamente simples, mais fácil até que a adição realizada com operandos 
decimais. A única coisa que devemos ter em mente é que cada dígito apenas 
assume valor 0 ou 1, assim quando temos uma soma do tipo 1+1 o resultado é 0 
com “vai um”. Da mesma forma que, no sistema decimal, a soma de 9+1 tem como 
resultado 0, com “vai 1”. A figura abaixo deve auxiliá-lo no entendimento: 
1 1 0 1
1 0 0 1
1 0 1 1 0
+
 
 
Note que na soma mostarda no exemplo, os operandos possuem 4 bits, mas o 
resultado apresenta 5bits, isto porque temos um “vai 1” na soma dos dígitos mais 
significativos. Este bit extra é conhecido como “estouro”, pois o limite de 4 bits dos 
operandos foi estourado, ou também como carry. 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
35 
A subtração é um pouco mais complexa e pode ser realizada de maneiras distintas. 
Quando estamos fazendo uma subtração do tipo a-b, sendo que a>b, temos um 
resultado positivo, neste caso a técnica utilizada para subtrair números decimais, 
pode ser utilizada aqui sem grandes problemas: 
1 1 0 0
1 0 0 1
 0 0 1 1
-
Emprestimo
 
 
Porém, quando o resultado é negativo outra técnica é mais útil. Esta técnica 
consiste simplesmente em transformar a subtração em uma soma entre um número 
positivo e um número negativo. Para escrevermos um número negativo em binário, 
utilizamos uma notação conhecida como “complemento de 2”. A figura a seguir 
mostra como um número é representado em complemento de dois, utilizando como 
exemplo o número -7: 
1. Escrevemos o número 
positivo em binário
 0 1 1 1
2. Adicionamos um bit extra
à esquerda 
0 0 1 1 1
3. Invertemos cada bit 1 1 0 0 0
4. Somamos 1 o valor
invertido 
1 1 0 0 1
 
Agora para realizar a subtração, basta somar o número negativo ao número do qual 
se desejava subtrair. Vamos supor que gostaríamos de realizar a subtração 4 - 7, 
então bastaria somar os números 4 e -7: 
0 1 0 0
1 1 0 0 1
1 1 1 0 1
+
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
36 
Apostila de Treinamento 
Vimos como duas operações básicas, a adição e subtração, são realizadas com 
valores em binário. Além das operações aritméticas, também podemos realizar 
operações lógicas com argumentos em binário. Na realidade estas operações são 
mais simples que as operações aritméticas, pois não envolvem carry, empréstimo 
ou números negativos. Basta realizarmos a operação lógica me questão bit a bit: 
 
1 1 0 1
1 0 0 1
 1 0 0 1
E
1 1 0 1
1 0 0 1
 1 1 0 1
OU
1 1 0 1
1 0 0 1
 0 1 0 0
XOU
 
 
Como falamos no ensaio anterior, um dos principais avanços da eletrônica digital foi 
à capacidade de realização de operações lógicas e aritméticas através de circuitos 
eletrônicos, dando início ao que hoje conhecemos como processamento de dados. 
Estes circuitos foramos embriões dos processadores e microcontroladores que 
utilizamos nos dias atuais. 
 
Inicialmente estes circuitos eram construídos com portas lógicas, mas demorou até 
que eles fossem integrados em um único dispositivo que recebeu o nome de ULA – 
Unidade Lógica Aritmética. Neste ensaio iremos utilizar uma ULA de 4 bits, baseada 
no funcionamento do circuito integrado 74181, que hoje praticamente não é mais 
encontrado no mercado, já que qualquer microcontrolador ou microprocessador 
contém uma ULA interna. 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
37 
Esta ULA realiza uma série de operações, sendo que a operação é selecionada por 
quatro pinos de função (F0 a F3) e um pino de Modo (M), este último seleciona se a 
operação realizada será lógica (M=1) ou aritmética (M=0). A tabela seguir mostra as 
operações suportadas pela ULA: 
 
Fonte: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT181_CNV_2.pdf 
 
Como vimos, operações de soma podem produzir um bit extra de estouro ou carry, 
quando o resultado soma extrapola o valor máximo suportado, para ULA em 
questão este valor máximo é 15, já que é uma ULA de 4bits. Pois bem, quando 
várias ULAS são utilizadas em paralelo, para operações com números maiores que 
4bits, temos de ligar a saída de carry de uma ULA (pino Cn+4) à entrada de carry da 
ULA do próximo estágio (pino CN). Na prática, quando CN está em 1, significa que é 
não há carry do estágio anterior (a entrada e saída de carry são invertidas, isto é 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
38 
Apostila de Treinamento 
ativas em nível baixo), já quando Cn=0, necessário somar 1 ao resultado da 
operação. 
Procedimento 
Nesta experiência vamos realizar algumas operações lógicas e aritméticas 
utilizando uma Unidade Lógica Aritmética (ULA). 
 
Exemplo de aplicação: 
As ULAs estão presentes em calculadoras e em qualquer microcontrolador ou 
microprocessador. 
 
1. Utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações no bastidor 
do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Note que da maneira como as ligações foram feitas, temos um operando o 
operando X ligado aos geradores de nível lógico D0 a D3, o operando Y ligado aos 
geradores D4 a D7, o nibble de saída ligado aos indicadores de nível lógico D0 a 
D3, a saída de carry e indicação de igualdade, ligados aos indicadores de nível 
lógico D5 e D4, respectivamente. Porém, nem todas as ligações necessárias estão 
representadas na figura, já que para cada operação a ser realizada, deve-se 
selecionar os níveis de F0 a F3 e M, de acordo com a tabela mostrada 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
39 
anteriormente. Lembrando que para colocar o borne em nível alto ele deve ser 
ligado a saída de +5V existente no bastidor, e para colocá-lo em nível baixo ele 
deve ser ligado ao terra. Com isto em mente preencha a tabela a seguir, anotando o 
resultado de cada operação realizada pela ULA: 
 
 
X Y Operação ̅̅ ̅̅ M X3-X0 Y3-Y0 F3-F0 S3-S0 ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ 
5 4 X menos 1 1 0 0101 0100 0000 0100 1 
5 4 X menos 1 0 
10 5 XY menos 1 1 
10 5 XY menos 1 0 
12 13 X mais Y 1 
12 13 X mais Y 0 
10 11 
X menos Y -
1 
1 
10 11 X menos Y 0 
6 4 X mais X 1 
6 4 X mais X 0 
4 6 X + Y 0 
4 6 X + Y 1 
9 5 XY 1 
11 15 XY 1 
5 10 X XOU Y 1 
5 10 X NXOU Y 1 
Nota: As operações aritméticas estão escritas por extenso (mais e menos), para 
diferenciar da operação OU, indicado pelo símbolo +. Além disso, a notação XY, 
indica operação lógica X E Y, e não a multiplicação de X por Y. 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
40 
Apostila de Treinamento 
 
 
 
3. A partir de suas observações no item anterior responda: como o carry afeta as 
operações lógicas? 
 
 
 
 
 
 
4. Elabore o diagrama lógico de uma ULA de 8 bits, utilizando duas ULAs 74HC181 
(4 bits). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
41 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
42 
Apostila de Treinamento 
Experiência 5: Display de 7segmentos e Matriz de Pontos 
 
Objetivo 
 Verificar o funcionamento de displays de 7 segmentos e matriz de ponto; 
 Montar um circuito decodificador BCD – 7 segmentos. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED05 – Decodificador de 7 segmentos 
 Cabos banana 
 
Introdução 
Nos ensaios anteriores verificamos como um conjunto de sinais digitais pode ser 
agrupado de maneira a representar um valor numérico, utilizando para isso o 
sistema binário. Vimos ainda como realizamos operações aritméticas neste sistema 
numérico, e como realizamos conversões entre sistemas numéricos. 
 
Porém, como pudemos observar, a representação de números no sistema binário, 
embora essencial para eletrônica digital, nem sempre é intuitiva para a grande 
maioria das pessoas. Imagine se a calculadora, no lugar de dígitos, exibisse uma 
seqüência de LEDs, representando os operandos e resultados em binário, não seria 
nada prático, seria? 
 
Pois bem, felizmente existem maneiras muito mais intuitivas de realizar esta 
interface com o usuário, uma delas é através do uso de display de 7segmentos. 
Você certamente já viu este dispositivo, seja em rádio-relógio, despertadores, 
medidores de vários tipos, ou mesmo em filmes, como temporizador de bombas! 
Este dispositivo consiste basicamente de 7 LEDs de formato alongado, agrupados 
convenientemente de maneira a formar o dígito 8. Assim, cada LED corresponde a 
um segmento (por isso o nome display 7 segmentos), podendo ser acesos ou 
apagados de maneira a formar os dígitos. Existe ainda um oitavo LED, de formato 
redondo, que representa o ponto decimal. A figura a seguir mostra a disposição 
destes LEDs em display de 7 segmentos. 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
43 
 
 
Como podemos verificar pela figura acima, um display de 7 segmentos pode 
apresentar dois esquemas internos de ligação: Catodo Comum e Anodo Comum. 
No esquema Catodo Comum, todos os catodos dos LEDs são interligados, e ficam 
disponíveis nos pinos centrais da parte inferior e superior do display. Assim para 
acender um determinado LED é necessário ligar o pino comum ao GND (basta ligar 
um deles, não é necessário ligar ambos), e uma tensão positiva, via um resistor 
para limitar a corrente, ao anodo do LED desejado (disponíveis nos pinos a, b, c, d, 
e, f, g ou dp). O esquema anodo comum é exatamente o oposto, os anodos 
encontram-se ligados aos pinos comuns e os catodos disponíveis nos pinos de a, b, 
c, d, e, f, g, e dp. Assim, para acender um LED neste esquema, é necessário aplicar 
Vcc a um dos pinos comuns, e ligar o catodo do LED desejado ao terra, via um 
resistor para limitar a corrente. 
 
Obviamente, para, a partir de um conjunto de bits, produzirmos a combinação 
correta dos sinais a, b, c, d, e, f e g, que representam o dígito que se deseja exibir, 
precisamos utilizar um decodificador. Os modelos mais comuns de decodificadores, 
chamados de decodificadores BCD - 7segmentos convertem seqüencias de 4 bits 
(nibbles) de valores de 0000b a 1001b, em combinações de sinais que reproduzem 
dígitos de 0 a 9 no display.A sigla BCD citada anteriormente significa Binary Coded 
Decimal, ou Decimal Codificado em Binário. Este formato de representação de 
valores em binário é um pouco diferente do sistema binário convencional que 
apresentamos anteriormente, e é muito empregado quando utilizamos displays de 7 
segmentos. 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
44 
Apostila de Treinamento 
No sistema BCD, um valor decimal qualquer é separado em dígitos, e cada dígito é 
representando pelo seu equivalente binário. Note que isto bem diferente de 
representar um número em base 2, conforme ilustra a figura a seguir: 
 
 
 
Este formato de representação é útil quando utilizamos displays 7 segmentos, 
porque elimina nibbles com valores de 1010b a 1111b, que utilizam mais de um 
dígito para serem representados em formato decimal (10 a 15, respectivamente). 
Em BCD o valor 10 é representado como 0001 0000 e, 15 como 0001 0101; 
podendo, cada grupo de 4 bits, ser enviado para um decodificador diferente, um 
representando as unidades e outro as dezenas. Se utilizássemos o sistema binário 
puro, então o decodificador das dezenas deveria levar em conta alguns dos bits 
utilizados pelo decodificador de unidades, e apresentaria um circuito digital diferente 
desse. Ou seja, o sistema não seria modular. Já, quando utilizamos BCDs, podemos 
adicionar novos dígitos, apenas acrescentando novos conversores, já que os 
circuitos utilizados para converter o dígito das unidades, dezenas, centenas, e assim 
por diante, são todos idênticos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
0010 
2 
0101 
5 
Conversão Decimal - BCD Conversão Decimal - Binário 
11001 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
45 
Procedimento 
Nesta experiência iremos estudar a codificação BCD e montar um circuito 
decodificador BCD – 7 segmentos. 
 
Exemplo de aplicação: 
Decodificadores BCD – 7 segmentos estão presentes sempre que um display de 7 
segmentos é utilizado, como em rádio relógios, medidores de variados tipos, 
indicadores em elevadores, etc. 
 
1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações 
no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
MED05 - DECODIFICADOR DE 7 SEGMENTOS
MATRIZ DE PONTOS
g
f
e
d
c
b
a
g
f
e
d
c
b
a
S
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
B
1100111
1111111
0000111
111100
1101101
1100110
1001111
1011011
0000110
0111111
1001
0001
1110
0110
1010
0010
1100
0100
1000
0000
11
11
11
11
11
11
11
11
11
0
0
0
0
0
0
0
0
0
110
0000000xxxx10x
1111111xxxx0xx
OutputsInputs
gfedcbaD 0D 1D 2D 3LTB ILE
CD4511CD4511
GND
+12VDC
 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Primeiramente vamos determinar que segmentos devem ser acesos para cada 
dígito a ser representado, para isso preencha a tabela a seguir: 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
46 
Apostila de Treinamento 
 
Valor Dígito a b c d e f g 
0 
 
 
1 
 
 
2 
 
 
3 
 
 
4 
 
 
5 
 
 
6 
 
 
7 
 
 
8 
 
 
9 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
47 
3. Agora altere o estado dos geradores de nível lógico, D3 a D0, reproduzindo cada 
um dos valores da tabela anterior e verificando se o dígito representado 
corresponde ao esperado. 
 
4. Altere os estados dos geradores D3 a D0, introduzindo valores maiores que 
1001b. Que dígitos são exibidos no display de 7 segmentos? 
 
 
 
 
 
 
5. A partir de sua resposta no item anterior, indique qual o tipo de decodificador está 
montado neste módulo e explique como chegou a esta conclusão. 
 
 
 
 
 
 
6. Qual a diferença entre a representação de um número em BCD e sua 
representação em base binária? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
48 
Apostila de Treinamento 
 
 
 
 
7. Vamos praticar um pouco a representação de valores em BCD. Preencha a 
tabela abaixo, com a representação no sistema binário convencional e BCD: 
Valor Binário BCD 
9 
17 
25 
38 
43 
55 
67 
73 
89 
99 
131 
 
8. Agora altere o estado dos geradores de nível lógico, D7 a D0, reproduzindo cada 
um dos valores da tabela anterior e verificando os dígitos exibidos. As chaves 
devem representar os valores de qual coluna da tabela (Binário ou BCD)? 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
49 
9. O que aconteceria se inseríssemos nas chaves a combinação da coluna Binário, 
no item anterior? Explique como isso poderia impactar o funcionamento de um 
circuito digital. 
 
 
 
 
 
 
 
 
10. Outra forma de interface com o usuário bastante comum é a matriz de pontos. 
No módulo MED05 temos uma matriz de 7x5 pontos. Cada ponto, ou pixel, pode ser 
aceso independentemente, aplicando-se nível alto em sua linha e nível baixo em 
sua coluna. Realize as ligações a seguir. 
MED05 - DECODIFICADOR DE 7 SEGMENTOS
MATRIZ DE PONTOS
g
f
e
d
c
b
a
g
f
e
d
c
b
a
S
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
B
1100111
1111111
0000111
111100
1101101
1100110
1001111
1011011
0000110
0111111
1001
0001
1110
0110
1010
0010
1100
0100
1000
0000
11
11
11
11
11
11
11
11
11
0
0
0
0
0
0
0
0
0
110
0000000xxxx10x
1111111xxxx0xx
OutputsInputs
gfedcbaD 0D 1D 2D 3LTB ILE
CD4511CD4511
GND
+12VDC
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
50 
Apostila de Treinamento 
11. Ajuste o potenciômetro de 1K para cerca de metade do seu curso (ele será 
nosso ajuste de brilho da matriz. Aplique nível alto em um dos geradores de nível 
lógico e a coluna correspondente deve acender integralmente, pois todas as linhas 
estão ligadas ao terra. 
 
12. Cite alguns prós e contras de utilizar a matriz em vez do display de 7 
segmentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
51 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
52 
Apostila de Treinamento 
Experiência 6: Flip-flops 
 
Objetivo 
 Verificar o funcionamento de diversos tipos de flip-flops; 
 Montar e testar circuitos com flip-flops de tipos diferentes. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED55 – Flip-flop 
 Cabos banana 
 
Introdução 
Até este momento, todas as aplicações que estudamos são formadas por circuitos 
eletrônicos digitais que conhecemos como: circuitos combinacionais. Você pode 
estar pensando o que ULAs, portas lógicas e decodificadores têm em comum, bem 
eles têm em comum que cada saída é determinada por uma combinação específica 
das entradas, por isso circuito combinacional. 
 
Já os circuitos seqüenciais, que estudaremos agora, possuem uma peculiaridade, o 
estado de suas saídas não depende só das entradas, mas também do estado 
anterior que estas saídas se encontravam. E como isto é possível? Muito simples, 
interligando, de uma maneira específica, as saídas do circuito a algumas dasportas 
lógicas de entrada, o que chamamos de realimentação (em qualquer disciplina 
técnica, realimentação é o processo de utilizar uma porção da saída, no 
processamento das entradas). 
 
Um dos circuitos digitais em que a realimentação pode ser encontrada e que, é a 
base dos circuitos seqüenciais, é o flip-flop. A figura a seguir mostra o diagrama 
lógico de um flip-flop RS, um dos primeiros flip-flops utilizados em eletrônica digital. 
O flip-flop, independentemente do tipo, apresenta em geral duas saídas, Q e ̅, 
sendo que a segundo é o inverso da primeira. A principal característica de um flip-
flop é que ele circuito biestável, isto é, suas saídas possuem dois estados estáveis, 
0 e 1. 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
53 
 
 
 
 
 
 
Nota: Quando ambas as entradas estão em nível alto, ambas as saídas irão para 
nível alto também, o que é uma violação da condição que uma saída deve ser o 
inverso da outra. Por isso, esta combinação de entradas não deve ser utilizada. 
 
Talvez você esteja pensando, mas uma porta lógica qualquer também possui dois 
estados estáveis, uma porta E, por exemplo, com suas entradas em 1 ela manterá 
sua saída em nível 1, com uma das entradas em 0, sua saída ficará em zero. Mas 
não é bem isso que queremos dizer, quando afirmamos que um circuito possui dois 
estados estáveis, queremos dizer que existe uma combinação de entradas que 
manterá o estado atual da saída, seja ele qual for (para o caso do flip-flop RS esta 
combinação é quando ambas as entradas estão em nível baixo). Note que isto não 
é possível em um circuito digital onde não há realimentação. É esta característica 
que faz do flip-flop um circuito especial, ele é capaz de memorizar o estado de uma 
saída, sendo a base para construção de qualquer memória. 
 
Outra característica, presente na grande maioria dos flip-flops, é uma entrada para o 
sinal de clock. O sinal de clock confere sincronia a transição do flip-flop, fazendo 
com que a saída só seja atualizada (de acordo com os estados das entradas) 
quando este sinal está ativo, no caso do flip-flop RS isto ocorre quando CLK está 
em nível alto. Mas existem flip-flop que reagem apenas à bordas do sinal de clock, 
isto é, a saída é atualizada apenas quando o clock transita de um estado para outro. 
Estes flip-flop podem ser sensíveis a bordas de subida, apenas atualizam as saídas 
em transições do tipo Baixo -> Alto do clock, ou a bordas de descida, respondendo 
a transições do tipo Alto -> Baixo do clock. Iremos explorar alguns tipos de flip-flops 
ao longo deste ensaio. 
 
R S Saída Futura (Qn+1) 
0 0 Saída Anterior (Qn) 
0 1 0 
1 0 1 
1 1 Não Permitido 
S
Q
Q
CLK
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
54 
Apostila de Treinamento 
 
Procedimento 
Nesta experiência iremos estudar variados tipos de flip-flops, levantar suas tabelas 
funcionais e discutir suas aplicações. 
 
Exemplo de aplicação: 
Flip-flops estão presentes em qualquer circuito seqüencial, sendo o elemento 
constituinte de contadores, timers, registradores de deslocamento, memórias, para 
citar algumas de suas aplicações. 
 
1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações 
no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Note que no esquema acima, as entradas R e S do flip-flop estão ligadas a 
geradores de nível lógico, as saídas e ̅̅ ̅̅ estão ligadas a LEDs e o circuito do 
clock está ligado como mostrado a seguir. A resistência de 1K para terra é 
comumente chamada de pull-down e serve para não deixar este pino flutuante 
(susceptível a incidência de ruídos), quando a chave pulsadora está aberta. 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
55 
R
S
CLK
Q
Q
+5V
1K
 
 
3. Vamos agora levantar a tabela da verdade deste flip-flop. Lembre-se que a cada 
alteração dos estados das entradas R e S, é necessário dar um pulso de clock para 
atualizar as saídas: 
R S ̅̅ ̅̅ 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
 
4. Note que quando R e S estão em 0, o estado da saída é mantido, qual é a 
importância deste modo de operação do flip-flop? 
 
 
 
 
 
5. O uso de R e S em alto é uma combinação que produz um estado das saídas 
peculiar. Explique porque este modo de operação deve ser evitado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
56 
Apostila de Treinamento 
6. A seguir, vamos trabalhar com um novo tipo de flip-flop, o JK. Primeiramente 
realize as ligações como indicado a seguir: 
 
 
7. Vamos levantar também a tabela da verdade deste flip-flop. Lembre-se que a 
cada alteração dos estados das entradas J e K, é necessário dar um pulso de clock 
para atualizar as saídas (exceto para mudanças nos sinais de PRT e RST que não 
dependem do clock): 
J K RST PRT ̅̅ ̅̅ 
X X 1 0 
X X 0 1 
0 0 0 0 
0 1 0 0 
1 0 0 0 
1 1 0 0 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
57 
8. A principal diferença deste flip-flop para o flip-flop RS ocorre quando J e K estão 
em nível alto, modo de operação conhecido como Toggle (ou também flip-flop T). 
Note que nesta situação, a cada pulso de clock o estado das saídas é invertido. Cite 
uma possível aplicação deste modo de operação. 
 
 
 
 
 
 
9. Outra variação do flip-flop JK é o flip-flop D. Este flip-flop consiste em um flip-flop 
JK com uma inversora entre as entradas, conforme mostrado a abaixo. Utilizando o 
módulo de portas lógicas (MED52), construa um flip-flop D, conforme mostrado a 
seguir: 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
58 
Apostila de Treinamento 
J
K
CLK
Q
Q
D
D
CLK
Q
Q
 
 
10. Vamos agora levantar a tabela da verdade deste flip-flop. Lembre-se que a cada 
alteração dos estados da entrada D, é necessário dar um pulso de clock para 
atualizar as saídas: 
D RST PRT ̅̅ ̅̅ 
X 0 1 
X 1 0 
0 0 0 
1 0 0 
 
11. Esta configuração também é chamada de Latch, e ela é capaz de armazenar 
qualquer que seja o estado da entrada D, quando um pulso de clock é aplicado. Cite 
as aplicações deste modo de operação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
59 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
60 
Apostila de Treinamento 
Experiência 7: Contadores Assíncronos 
 
Objetivo 
 Montar um contador assíncrono, utilizando flip-flops JK, de 3 estágios; 
 Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED70 – Contador Assíncrono 
 Cabos banana 
 Osciloscópio 
 
Introdução 
Uma das principais aplicações dos flip-flops é na construção de circuitos 
contadores, isto é, circuitos com uma ou mais saídas, cujo estado destas é alterado 
mediante a aplicação de um sinal de clock. Cada estado possível das saídas 
representa um valor da contagem e dizemos que o número de estados existentes é 
o módulo da contagem ou do contador. Assim um contador decimal de 0 a 9, 
extremamente comum, é um contador de módulo 10 (apresenta 10 estados 
possíveis de contagem) e valores de contagem 0, 1, 2, ..., 9. 
 
O contador assíncronoé um dos circuitos mais simples de contador, composto por 
flip-flops JK ligados em cascata, conforme exibido na figura a seguir: 
 
 
Nesta figura, temos um contador assíncrono de três estágios, ou seja, composto por 
três flip-flops. Note que cada flip-flop é sensível a borda de descida no clock, como é 
comum em contadores assíncronos e que ambas as entradas J e K estão ligadas 
em nível 1, ou seja, ele está em sua configuração de flip-flop T. Dessa forma cada 
transição de 0->1 do clock provoca alteração do estado da saída do flip-flop 0, 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
61 
sendo que a cada transição 0->1 da saída Q0 deste flip-flop provoca alteração do 
estado do próximo flip-flop e assim por diante. É possível também utilizar flip-flops 
sensíveis a borda de descida para construir um contador, neste caso, interliga-se a 
saída barrada de um flip-flop à entrada de clock do próximo flip-flop. A seguir temos 
a carta de tempo exibindo a mudança de estado de cada flip-flop. 
 
Se assumirmos que Q0 é o bit menos significativo (LSB- Least Significant Bit) do 
valor da contagem e que Q2 é o bit mais significativo (MSB- Most Significant Bit), 
então obtemos os valores de contagem exibidos no gráfico abaixo do eixo das 
abscissas. 
 
Nosso contador de três estágios é então um contador de módulo 8, com valores de 
contagem de 0 a 7. Uma característica importante dos contadores assíncronos é 
que o módulo do contador é sempre uma potência de base 2, de acordo com a 
relação (onde n é o número de estágios, ou de flip-flops, do contador): 
 
 
Para mudarmos este valor, isto é, para alterarmos o módulo do contador 
assíncrono, são necessários circuitos combinacionais que provoquem o reset do 
contador quando o último valor de contagem desejado for alcançado. Por exemplo, 
se desejássemos um contador de módulo 6, teríamos 5 (em binário 101) como o 
último valor de contagem, assim sendo, poderíamos acrescentar uma porta NAND 
como mostrada a seguir, ligada as saídas dos flip-flops e ao sinal de reset de todos 
eles: 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
62 
Apostila de Treinamento 
 
Procedimento 
Nesta experiência iremos construir um contador assíncrono de três estágios. 
 
Exemplo de aplicação: 
Com mais estágios, este contador poderia ser utilizado em roletas de acesso, para 
contar o número de pessoas que entram em um estabelecimento. 
 
1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações 
no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Note na figura acima que a entrada de clock do flip-flop 0 (CLK0) está ligada a um 
gerador de nível lógico. Altere o estado deste gerador e indique o que ocorre para 
cada transição (0->1 e 1->0) e explique o por que: 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
63 
 
 
3. Altere a entrada de clock do contador, ligando CLK0 ao gerador de 1Hz presente 
no bastidor. Descreva a mudança de comportamento: 
 
 
 
 
 
 
4. Com base nas observações do item anterior, qual é a diferença entre um 
contador e um temporizador? 
 
 
 
 
 
 
5. Altere mais uma vez a entrada de clock do contador, ligando a entrada CLK0 ao 
gerador de 1KHz presente no bastidor. 
 
6. Com o auxílio de um osciloscópio, meça o sinal presente na entrada de clock e na 
saída do primeiro flip-flop (Q0), plotando os sinais medidos no gráfico a seguir (não 
se esqueça de cotar os eixos das abscissas e ordenadas): 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
64 
Apostila de Treinamento 
 
 
7. Com base nas suas observações do item anterior, descreva qual a relação entre 
as freqüências dos sinais medidos: 
 
 
 
 
8. Compare agora a freqüência do sinal presente em Q2 e a freqüência de clock: 
 
 
 
9. Divisores de freqüência, conhecidos também como prescalers, tem uso bastante 
freqüência em circuitos seqüenciais e estão presente na maioria dos 
microcontroladores e microprocessadores existentes, permitindo a geração de sinais 
internos que são uma fração da freqüência de clock. Diga como deveríamos 
proceder para construirmos um divisor de freqüência de valor 14, ou seja, que 
possuísse em sua saída uma freqüência igual a 1/14 da freqüência aplicada: 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
65 
 
 
 
 
 
 
 
10. Um dos grandes problemas do contador assíncrono é o atraso de propagação. 
Como os flip-flops são ligados em cascata, o tempo de atraso entre a borda de 
subida do clock e a alteração do estado do último flip-flop será igual à n.tPHL (ou 
n.tPLH) onde n é o número de estágios e tPHL é o tempo de propagação de um único 
flip-flop (pode se usar também o tempo tPLH, a diferença entre um tempo e outro é 
que o tPHL considera a transição na saída de 1->0, e o tPLH, a transição 0->1; mas em 
geral ambos os tempos são parecidos), conforme indicado na figura a seguir obtida 
do datasheet do HEF4027, CI empregado no kit: 
 
Ainda com dados do manual, o valor de tPHL típico é de 175ns. Verifique esta 
informação medindo, com auxílio de um osciloscópio, o atraso existente entre a 
borda de descida do clock e a alteração de estado da saída Q2. Qual o valor obtido? 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
66 
Apostila de Treinamento 
 
 
 
 
 
11. O que pode ser feito para contornar este problema, quando as freqüências de 
clock forem tais, que o atraso de propagação passa a ser relevante? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
67 
 
 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
68 
Apostila de Treinamento 
Experiência 8: Contadores Síncronos e Código Gray 
 
Objetivo 
 Montar um contador síncrono up/down binário e código gray; 
 Estudar e discutir as principais características deste tipo de circuito. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED30 – Contador Síncrono 
 Cabos banana 
 Osciloscópio 
 
Introdução 
No ensaio anterior estudamos os contadores assíncronos e verificamos que nesta 
arquitetura, temos flip-flops ligados em cascata, o que leva a existência de um 
atraso na propagação do clock cumulativo. Pois bem, existe outra arquitetura de 
contador que emprega outra estratégia, contornando este problema do acúmulo dos 
atrasos de propagação, o contador síncrono. Neste modelo de contador, todos os 
flip-flops recebem o sinal de clock simultaneamente. 
 
Obviamente, em um contador geralmente queremos que cada flip-flop responda de 
maneira diferente ao pulso de clock. Por exemplo, supondo um contador binário 
crescente (ou up), que apresenta em suas saídas o valor 0000, queremos que 
apenas o flip-flop menos significativo alterne o estado de sua saída quando o pulso 
de clock for aplicado, enquanto os demais permanecem inalterados, fazendo com 
que suas saídas passem para o valor 0001. Para isso acontecer, é necessário que 
às entradas de cada flip-flop seja aplicado um nível lógico conveniente, que fará ele 
transitar ou não de acordo com o valor atual da contagem. 
 
Para conseguirmos isso, é necessário utilizar um circuito combinacional, formado 
por portas lógicas, que receberá os valores presentes na saída de todos os flip-flop,e produzirá, a partir destes valores, os níveis adequados a serem aplicados à 
entrada de cada flip-flop. A figura a seguir ilustra a arquitetura genérica de um 
contador síncrono. 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
69 
T
CLK
Q
Q
T
CLK
Q
Q
T
CLK
Q
Q
T
CLK
Q
Q
Circuito Combinacional
Clock
 
 
Na arquitetura genérica mostrada na figura vemos a utilização de flip-flops T, porém, 
podem ser empregados quaisquer tipos de flip-flops na construção de contadores 
síncronos, já que podemos sempre projetar um circuito combinacional que produza 
os valores adequados as entradas destes flip-flops. Justamente, uma das grandes 
vantagens do contador síncrono é que, através do projeto do circuito combinacional 
adequado, pode-se construir um contador de praticamente qualquer seqüência. 
Obviamente, os modelos de contadores mais comuns são os contadores decimais 
(contam de 0 a 9, ou seja, módulo 10) e binários (contam de 0 a F, módulo 16), 
crescentes e decrescentes. Sendo que estes contadores podem ser agrupados a 
fim de conseguirmos módulos maiores de contagem. Mas podemos também 
construir contadores que realizem uma seqüência arbitrária de contagem. Um 
exemplo disso é o contador de código Gray. Em vez de seguir a contagem 
tradicional de 0, 1, 2, 3,..., este contador realiza uma contagem diferenciada, veja a 
tabela a seguir: 
 
Binário Gray 
 
Binário Gray 
Dec. Bin Dec. Bin Dec. Bin Dec. Bin 
0 0000 0 0000 8 1000 1100 1 
1 0001 1 0001 9 1001 1101 13 
2 0010 3 0011 10 1010 1111 15 
3 0011 2 0010 11 1011 1110 14 
4 0100 6 0110 12 1100 1010 10 
5 0101 7 0111 13 1101 1011 11 
6 0110 5 0101 14 1110 1001 9 
7 0111 4 0100 15 1111 1000 8 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
70 
Apostila de Treinamento 
 
A primeira vista pode parecer uma contagem esdrúxula, mas na realidade a 
contagem em código Gray apresenta uma característica bastante interessante: entre 
um valor e seu sucessor ocorre a transição de apenas um bit. Isso é uma vantagem 
particularmente em sistemas de sensoriamento de posição, como em encoders 
ópticos. 
 
A principal desvantagem dos contadores síncronos, como talvez você tenha 
imaginado, é a maior complexidade construtiva. Para ilustrarmos essa maior 
complexidade, veja na figura a seguir o circuito de um contador síncrono binário de 
módulo 16 e compare com o contador assíncrono que construímos no ensaio 
passado. 
 
 
Fonte: Datasheet 74HC193 – National Semiconductor 
 
Felizmente, uma série de diferentes contadores encontra-se pronta em circuitos 
integrados comerciais, como o que utilizaremos nesta experiência, e o advento de 
EPLDs (Electronic Programmable Logic Devices), dispositivos que permitem 
implementação flexível de seqüências complexas de portas lógicas, tornou possível 
construir contadores tão complexos quanto se queira. 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
71 
 
Procedimento 
Nesta experiência iremos construir um contador síncrono up/down binário e em 
seguida adaptá-lo para uma contagem em código Gray. 
 
Exemplo de aplicação: 
Contadores podem ser aplicados em temporizadores, relógios, contadores de 
eventos, máquinas de estado, freqüencímetros, para citar algumas das aplicações. 
 
1. Inicialmente, utilizando cabos banana de tamanho apropriado, realize as ligações 
no bastidor do conjunto didático conforme mostrado na figura a seguir: 
 
Nota: Para sua maior segurança, realize estas ligações com o conjunto didático 
desligado. 
 
2. Note que este contador possui 4 entradas digitais (D0 a D3), que permitem que 
você pré-carregue o valor inicial da contagem. Para isso, basta ajustar os valores 
desejados nas entradas, utilizando os geradores de nível lógico, e dar um pulso em 
nível baixo no sinal de LOAD. Faça este teste e descreva o que ocorre 
 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
72 
Apostila de Treinamento 
 
3. Agora observe que este contador possui dois sinais de clock, COUNTUP e 
COUNTDOWN. Realize algumas transições nestes sinais de clock (sempre um de 
cada vez) e descreva qual a função deles e a qual borda eles são sensíveis: 
 
 
 
 
 
 
4. Incremente o contador até ele atingir o valor máximo de contagem e observe o 
que ocorre com o sinal CARRY. Depois decremente até ele atingir a contagem 
mínima e observe o que ocorre com o sinal BORROW? Qual a função destes 
sinais? 
 
 
 
 
 
 
5. Faca o diagrama de um contador de 8bits, utilizando como base o contador que 
estudamos deste ensaio (consulte o manual do 74HC193, em caso de dúvidas): 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
73 
 
5. Conforme comentamos, a principal vantagem do contador síncrono é o menor 
atraso de propagação do clock, já que todos os flip-flops recebem o clock 
simultaneamente. Conecte a entrada COUNTUP ao gerador de dor de 100KHz 
presente no bastidor. Com o auxílio de um osciloscópio, meça o atraso existente 
entre a borda de subida do clock e a respectiva transição da saída Q0 (tPHL ou tPLH 
na figura a seguir, ambos os tempos são equivalentes). Repita a medição, agora 
medindo o atraso entre a borda de subida do clock e a respectiva transição da saída 
Q3. Compare os valores e medidos e comente, tendo em vista o resultado do ensaio 
anterior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Vamos agora utiliza o código Gray, para isso realize as ligações como mostrado a 
seguir: 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
74 
Apostila de Treinamento 
 
 
7. Incremente e decremente o contador, observando o estado das saídas, e 
desenhe abaixo o diagrama da contagem: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
75 
 
 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
76 
Apostila de Treinamento 
Experiência 9: Latch e Buffer 
 
Objetivo 
 Montar um circuito com registrador de dados (Latch); 
 Montar um circuito com buffer bidirecional tri-state; 
 Estudar e discutir as principais características destes tipos de circuito. 
 
Material utilizado 
 Bastidor LEG2000 
 Módulo MED15 – Latch e Buffer 
 Cabos banana 
 Multímetro 
 
Introdução 
Além dos contadores, outra aplicação bastante difundida dos flip-flops são os 
registradores, ou também conhecidos como Latch. Estes dispositivos são capazes 
de armazenar um conjunto de bits e são freqüentemente encontrados em circuitos 
digitais e sistemas microcontrolados, em diferentes tamanhos, sendo que os mais 
comuns são de 8 e 16 bits. 
 
Como vimos, o elemento construtivo empregado em registrador é o flip-flop D, 
sendo que cada flip-flop D armazena um único bit. Assim, um registrador de 4 bits, 
nada mais é que um conjunto de 4 flip-flops tipo D, ligados em paralelo. A figura a 
seguir mostra o circuito deste registrador. 
D
CLK
Q
Q
D
CLK
Q
Q
D
CLK
Q
Q
D
CLK
Q
Q
IN 3 IN 2 IN 1 IN 0
OUT 3 OUT 2 OUT 1 OUT 0
 
O funcionamento deste circuito é bastante simples, quando um pulso de clock é 
aplicado (no caso acima os flip-flops são sensíveis à borda de subida, mas 
Apostila de Treinamento 
 
 
CONJUNTO DIDÁTICO DE ELETRÔNICA DIGITAL 
77 
poderiam ser sensíveis à borda de descida, ou mesmo a nível alto ou baixo), o valor 
existente nas entradas é capturado