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ESTRUTURAS DOS CIRCUITOS MCU 
 
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Nos primórdios da computação não exista o conceito de programa armazenado, isto significa 
que os programas eram desenvolvidos, executados e apresentavam os resultados 
imediatamente. O conceito de programa armazenado surgiu da necessidade de armazenar 
programas em um computador, pois, até então, ainda não havia formas de armazenar 
programas em um computador. John Von Neumann e outros pesquisadores descobriram que, 
utilizando dispositivos de memória em formas de linha de retardo de mercúrio, poderiam 
armazenar instruções de programas. 
 
Pra nós hoje esse conceito de programa armazenado já está muito bem edificado. Nós 
codificamos, desenvolvemos software em diversas linguagens de programação, armazenamos 
nosso código fonte em um HD externo, ou no HD interno, ou na nuvem se assim desejarmos. 
O código executável desses softwares compilado, que está armazenado em algum desses 
dispositivos, sempre passa pela memória principal, depois pela memória cache e então é 
executado na CPU. O conceito de programa armazenado surgiu durante o projeto EDVAC e 
John Von Neumann acabou recebendo a maior parte dos créditos pela definição, mas a 
verdade é que várias pessoas participaram da construção. John Von Neumann ganhou mais 
destaque que os outros por ter escrito um relatório sobre o EDVAC, com 101 páginas, 
descrevendo formalmente o conceito, criando assim uma espécie de guia para a construção de 
computadores. 
 
MODELO DE VON NEUMANN 
A arquitetura de um computador consiste de quatro partes principais: 
� CPU (ULA + Controle) 
� Memória principal 
� Dispositivo de conexão (barramento de dados) 
� Dispositivo de entrada/ saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Arquitetura de John Von Neumann é referência nos estudos sobre Microprocessadores, por 
mais que esse tipo de sistema computacional não seja mais utilizado, foi ele o precursor de 
tudo o que conhecemos hoje. Para que possamos evoluir, é muito importante conhecer o 
passado, o que nos levou a estar no ponto onde estamos e, o que podemos fazer para 
melhorar ainda mais. 
 
Um barramento é apenas um “caminho” através do qual dados viajam num computador. Esse 
caminho é usado para comunicação entre dois ou mais elementos do computador. Existem 
vários tipos de barramentos: 
- Barramento do processador 
- Barramento de endereços 
- Barramento de entrada/saída 
- Barramento de memória 
 
BARRAMENTO 
MEMÓRIA 
PRINCIPAL 
CPU DISPOSITIVOS DE E/S 
ULA UC 
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No entanto, quando nos referimos ao “barramento“ de um computador pretendemos quase 
sempre referir o Barramento de entrada/saída, o qual também é designado por “slots de 
expansão”. Este é o principal Barramento do sistema e é através do qual a maior parte dos 
dados circula, tendo como origem ou como destino dispositivos como as drives, impressoras ou 
o sistema de vídeo. Sendo este último o mais exigente em termos de recursos. Assim, será 
quase exclusivamente sobre o barramento de entrada/saída que este trabalho iniciará. 
 
O Barramento de Endereços é usado para 
indicar qual o endereço de memória ou qual o 
endereço do Barramento de Endereços será 
usado numa operação de transferência de 
dados. 
 
Uma vez que os equipamentos eletrônicos vêm 
agregando mais e mais funções, a utilização de 
diversos circuitos integrados torna-se cada vez 
mais comum. No entanto, não é mais possível 
estender longos barramentos de comunicação 
paralelos, pois tornariam as placas de circuito 
impresso caras e muito grandes. Logo, uma 
comunicação serial entre esses dispositivos se 
torna necessária. 
 
Diversas tecnologias de interligação serial entre dispositivos foram desenvolvidas, podendo ser 
separadas em duas grandes categorias, a comunicação síncrona e a comunicação assíncrona. 
Dentre os métodos de comunicações mais conhecidos, destacam-se três: 
 
UART - UNIVERSAL ASYNCHROUNOUS RECEIVER/TRANSMITER 
Em todo sistema em que dados digitais devam ser transmitidos e recebidos na forma serial, 
existe um elemento importante presente, que devem ser entendidos. As UARTs existem com a 
finalidade de converter dados paralelos para a forma serial e vice versa, as UARTs estão 
presente nos modems e em muitos outros equipamentos. 
UART é o acrônimo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SPI - SERIAL PERIPHERAL INTERFACE 
A comunicação SPI possui algumas características básicas. Primeiramente os sinais de 
comunicação possuem uma direção fixa e definida. Isso significa que sempre existem dois 
transistores definindo o estado de um pino (Push-Pull). Essa característica é uma das grandes 
diferenças entre outras comunicações seriais como I2C e OneWire, que possuem um mesmo 
barramento de dados para os sinais de entrada e saída através do esquema de dreno-aberto 
(Pull-Up). 
 
 
Apesar de utilizar dois sinais de comunicação de dados em vez de um, é possível atingir 
velocidades maiores de comunicação. Isso porque há pouca deformação do sinal. Outra 
característica é que toda troca de dados acontece sempre em ambas as direções. Em outras 
palavras, cada bit trocado entre o Master e um Slave trás um bit do Slave para o Master. Dessa 
forma, definimos que a comunicação é sempre full-duplex. 
 
I2C - Inter Integrated Circuit 
 
 
 
A comunicação serial assíncrona pelo uso do padrão UART (RS232) apresenta grandes 
vantagens no uso de uma comunicação serial síncrona em detrimento da assíncrona. 
 
Além disso, há grandes diferenças mesmo entre os protocolos síncronos. Apesar do padrão de 
cada protocolo definir limites máximos de taxas, cada fabricante possui a liberdade de 
desenvolver dispositivos com suas velocidades. 
 
Comparativo entre diversos padrões dispositivos seriais: 
 
 
 
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FUNCIONAMENTO DE UMA PORTA LÓGICA 
Os circuitos digitais operam em dois níveis de tensão diferentes: 
Baixo (low - L) e Alto (high - H) 
Geralmente, o nível baixo corresponde ao valor Lógico 0 e o Nível Alto corresponde ao valor 
Lógico 1. As Portas Lógicas são blocos de construção básicos na eletrônica digital. A relação 
entre a(s) entrada(s) e a saída de uma porta lógica pode ser exprimida numa tabela verdade. 
 
INVERSOR, PORTA NÃO (NOT GATE) E SEGUIDOR (BUFFER) 
Um inversor é uma porta lógica que tenha apenas uma entrada. A sua saída é o estado lógico 
complementar da sua entrada. O Inversor é também designado como a porta NÃO. 
 
Um seguidor é outra porta lógica com apenas uma entrada, e a sua saída segue o mesmo 
estado lógico da sua entrada. O seguidor é utilizado como um elemento de atraso na eletrônica 
digital. É também um elemento para esforçar a corrente, que aumenta a capacidade de saída 
de forma a conduzir outras portas. O símbolo esquemático de um inversor e um seguidor 
básico juntamente com as respectivas, tabelas são mostrados abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PORTAS NÃO E (NAND) E E (AND) 
Uma porta E é uma porta lógica que tem duas ou mais entradas. A sua saída é 1 se e somente 
se, todas as suas entradas são 1. Uma porta NÃO E é uma porta lógica que tem duas ou mais 
entradas. A sua saída é 0 se e somente se, todas as suas entradas são 1. O símbolo 
esquemático de uma porta E com duas entradas e uma porta NÃO E com duas entradas, com 
as respectivas tabelas verdade são mostrados abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PORTAS NÃO OU (NOR) E OU (OR) 
Uma porta OU é uma porta lógica que tem duas ou mais entradas. A sua saída é 0 se e 
somente se, todas as suas entradas são 0. Uma porta NÃO OU é uma porta lógica que tem 
duas ou mais entradas. A sua saída é 1 se e somente se, todas as suas entradas são 0. O 
símbolo esquemático de uma porta OU e uma NÃO OU com duas entradas e suas respectivas 
tabelas, é mostrado abaixo.PORTAS TRI-STATE 
Existem situações nas quais diversos dispositivos digitais têm de compartilhar o uso de um 
único fio para transmitir um sinal para um dispositivo de destino, situação muito parecida com 
aquela em que vários vizinhos compartilham a mesma rua. Isso significa que vários dispositivos 
devem ter suas saídas conectadas no mesmo fio que basicamente conecta todos eles um ao 
outro. Para todos os dispositivos lógicos considerados até este momento, isso representa um 
problema. Cada saída tem dois estados, ALTO(H) e BAIXO(L). Quando uma saída está em 
nível ALTO(H) enquanto a outra está em nível BAIXO(L), e quando elas são conectadas juntas, 
temos um conflito ALTO(H) / BAIXO(L). 
 
Assim como em uma luta de braço, o mais forte ganha. Nesse caso, o 
circuito com transistor cujo transistor de saída tiver a menor 
resistência no estado "ON” conduzirá a saída em sua direção. A 
maioria dos sistemas digitais utiliza barramentos (BUS). 
Os barramentos são linhas às quais se liga um conjunto de 
dispositivos. No entanto, não podemos ligar duas portas lógicas 
standard a uma mesma linha, por risco de curto-circuito. 
As portas lógicas standard operam apenas com dois 
valores lógicos: 0 e 1. As portas tri-state podem gerar na 
saída, além do 0 e do 1, um terceiro valor, alta-
impedância, habitualmente referido como Z. Quando a 
saída está no estado de alta-impedância é como se a porta 
estivesse desligada do circuito. 
Além das entradas convencionais, a porta tri-state tem 
uma entrada adicional, designada por um pino de habilitação E(enable). Quando o enable está 
ativado, a porta funciona normalmente. Quando o enable está desativado, a saída da porta é 
“desligada” do circuito. 
As portas lógicas tri-state permitem ligar duas saídas ao mesmo ponto, sem curto-circuito, 
desde que apenas uma delas esteja ativa de cada vez. Nota: não é possível ligar as saídas de 
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2 portas standard ao mesmo ponto, porque ocorrerá um curto-circuito se a saída de uma for 0 e 
a saída da outra for 1. 
O sinal SELECIONA escolhe qual dos circuitos A ou B é ligado à saída. 
O inversor garante que apenas um dos buffers está ativo de cada vez: 
SELECIONA = 1 → Buffer de cima ativo 
SELECIONA = 0 → Buffer de baixo ativo 
 
 
 
LIGAÇÃO A BARRAMENTO 
Abaixo segue um exemplo de ligação de três portas tri-state ao mesmo barramento (BUS). 
 
 
 
 
 
 
É necessário garantir que apenas um de C1, C2 e C3 
está ativo de cada vez. Nesta condição, pode dizer-se 
que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SAÍDAS LÓGICAS TRISTATE (TRÊS ESTADOS) 
A configuração tristate é um terceiro tipo de circuito de saída usado nas famílias TTL e CMOS. 
Esse tipo de saída aproveita a vantagem da operação em alta velocidade das configurações de 
saída pull-up/pull-down ao mesmo tempo, permitindo que as saídas sejam conectadas juntas 
para compartilharem um fio comum. Ela é denominada tristate porque permite três estados na 
saída: ALTO, BAIXO e alta impedância (Hi-Z). O estado de alta impedância é uma condição na 
qual os dois transistores, pull-up e pull-down, são desligados (OFF) de modo que o terminal de 
saída fica em alta impedância tanto para GND quanto para a tensão de alimentação +V. 
 
 Três condições de saída tri-state 
VANTAGEM DO TRISTATE 
As saídas dos CIs com tristate podem ser conectadas juntas (compartilhando o uso de um fio 
comum) sem sacrificar a velocidade do chaveamento. Isso é conseguido graças à saída tristate 
que, quando habilitada. Entretanto, é importante perceber que quando saídas tristate estão 
conectadas juntas, apenas uma delas deve ser habilitada de cada vez. 
Caso contrário, duas saídas ativas competiriam pelo controle do fio comum, provocando altas 
correntes e produzindo níveis lógicos inválidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Para ligação de portas lógicas TTL, devemos lembrar a necessidade de compartilhamento de 
duto (fio) a uma saída em alto e outra em baixo conectadas juntas. Neste caso os efeitos são 
inóspitos aos circuitos, no âmbito de aumento de corrente. 
 
Saída Nível de sinal Transistor Estado Transistor Estado 
A 1(HIGH) Q3A Saturação Q4A Corte 
 
Saída Nível de sinal Transistor Estado Transistor Estado 
B 0(LOW) Q3B Corte Q4B Saturação 
 
 
 
 
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CIRCUITOS DE SAÍDA EM COLETOR ABERTO 
 
O open coletor (coletor aberto) é um tipo de saída muito usada, pois nos circuitos de mudanças 
de níveis de sinais (TTL / MOS ou MOS / TTL, etc,) é esse o circuito que está presente. 
Emissor comum, se da pelo fato do sinal de entrada está entre a base e o emissor e o sinal de 
saída está entre o coletor e o emissor e o ponto comum entre a entrada e saída é o emissor. 
No figura 01, temos o circuito 01, podemos observar que existe somente um resistor 
R1(resistor de base), colocado entre a base e o sinal de entrada do circuito. 
 
 
RESISTOR DE BASE 
Esse resistor limita a corrente entre o circuito que fornece o sinal, e a base do transistor Q1. 
Para calcular esse resistor dependeremos: corrente de saída, Ganho (HFE) do transistor e 
nível de tensão de entrada. 
Analisando o circuito pelo lado prático: 
 
 
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No cálculo acima não consideramos o valor da baixa resistência entre base e emissor, porque 
a mesma é menor que 10R, e por isso a consideramos um curto circuito. Nesse tipo de circuito 
normalmente usaremos transistores de ganho muito alto. A maior parte desses transistores tem 
um ganho que variam entre 100x chegando ate 400x (HFE). 
Com uma corrente de entrada de 300uA como visto na primeira linha da tabela 01, a saída 
pode ter uma corrente de 30mA. 
Encontramos esse valor da seguinte forma: 
IC = HFE x ib => (30mA = 0.03 A = 100x300uA). 
 100x0,003A => 0,3A 
� Logicamente consideramos a menor amplificação possível 
 
PROJETANDO ACIONAMENTOS 
TRANSÍSTORES 
É um componente eletrônico semicondutor com várias funções: 
- Amplificador de sinal (tensão) 
- Comutador de circuitos 
- Amplificador e regulador de corrente. 
A palavra transístor resultou da justaposição das palavras transfer + resistor, isto é, resistência 
de transferência, visto poder ser considerado como uma resistência, fixa ou variável colocada 
entre o gerador e a carga. 
 
Podemos encontrar esse componente nas configurações NPN ou PNP, ambas apresentando 
em seu exterior três terminais que estão ligadas internamente a cada uma das três zonas de 
condução. O datasheet de cada transístor indica quais são os terminais de cada transístor. 
 
 
 
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ZONAS DE FUNCIONAMENTO 
Para o modelo Bipolar apresentado, existem duas junções que irão apresentar zonas de 
funcionamento diferentes, consoante as junções base-emissor e base-coletor que, se 
encontram polarizadas direta ou inversamente. 
 
Os transístores têm três zonas de funcionamento distintas: 
 
Ativa - Junção base-emissor polarizada diretamente e junção base coletor polarizada 
inversamente. 
 
 
TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR 
Um transístor funciona como amplificador, quando a corrente de base oscila entre zero e um 
valor máximo. Neste caso, a corrente de coletor é um múltiplo da corrente de base. Se 
aplicarmos na base do transistor um sinal, vamos obter uma corrente mais elevada no coletor 
proporcional ao sinal aplicado: 
 
 
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TRANSISTOR COMO CHAVE 
Caso 1. Existe corrente elétrica entre os pinos Coletor e Emissor do transistor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tipo de estado: TRANSISTOR FECHADO OU SATURADO 
 
 
Caso 2. Transistor em corte ou aberto:Não há passagem de corrente elétrica entre os pinos Coletor e Emissor. 
 
 
 
TIPO DE ESTADO: TRANSISTOR EM CORTE OU ABERTO 
APLICAÇÃO 
EXEMPLO 1 
Para acionar o motor de uma bomba hidráulica, foi solicitado realizar esse acionamento via 
MCU. Sabendo que a bobina do relé selecionado possui uma resistência de 500Ω. A fonte de 
alimentação utilizada tem 12VDC. Diante dos dados citados, pretende-se dimensionar o 
acionamento e apresentar a corrente IC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� 24mA será a corrente máxima que nosso circuito irá drenar do coletor para emissor 
quando o transistor estiver saturado (fechado). 
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DIMENSIONAR O RESISTOR DE BASE (RB) 
Existe uma relação entre corrente de coletor e correte de base, sabendo desta relação 
poderemos calcular nosso resistor. 
 
 
Algumas literaturas técnicas chamam essa relação de hfe e outras chamam 
de Beta (β), nada mais é que, o ganho do transistor. Significa dizer que um 
componente cujo hfe ou β = 200 a corrente de base poderá ser até 200 
vezes menor que a corrente de coletor que ainda assim vamos saturar o 
componente. 
 
Utilizando o EXEMPLO 1: 
Caso o nosso transistor possua um hfe = 200. 
Utilizaremos a seguinte fórmula: 
 
 
 
200 = 0,024A/IB 
IB = 0,024A/200 
IB = 0,00012 A ou 120uA 
 
� 120uA será a IB (corrente de base) para que o transistor fique saturado e tenha 
corrente máxima necessária para acionar o relé com resistência de 500Ω. 
 
Agora que sabendo o valor de IB é possível calcular o resistor de base (R1). 
Para isso, utilizaremos a 1° lei de ohm. 
 
 
 
R1 = 5V/0,00012A 
R1 = 41666,66 Ω 
 
� Podemos aproximar esse valor para o próximo maior na tabela comercial. 
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Utilizando os valores calculados nosso circuito fica da seguinte forma. 
 
 
 
LOCALIZANDO O hfe OU β DO TRANSISTOR 
Os valores de hfe são dados pelo fabricante do transistor, utilizando como exemplo o transistor 
modelo BC337. 
Segundo a carta do fabricante, o hfe vai de 100 (mínimo) e 630(máximo), ou seja, possui uma 
janela relativamente grande, pode ser que você compre dois transistores do mesmo fabricante 
e ele possua hfe diferentes dentro desse limite estimado pelo fabricante. 
 
PROJETAR UM CIRCUITO 
A regra geral é utilizar sempre o menor valor de hfe dado pelo fabricante no datasheet, desta 
forma você garante que o transistor estará saturado e funcionando como chave fechada 
quando polarizado. 
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Fonte: www.onsemi.com/pub/Collateral/BC337-D.PDF 
 
MEDIR HFE NO MULTÍMETRO 
Nem todos os multímetros possuem essa função, caso essa função exista, você deverá saber 
se o transistor que você está verificado é do tipo PNP ou NPN. Essas informações estão no 
datasheet do componente. 
 
 
 
 
ARQUIVOS DE AUXILIO 
1. Atmega328