Tempos de Propagação e Tecnologias de Circuitos

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CIRCUITOS DECODIFICADORES
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Tempos de Propagação
• Situação ideal (teoria): respostas instantâneas 
frente às variações de sinais na entrada
X
F
t
X F
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Tempos de Propagação
• Situação real:
– - os sinais de entrada não são ondas perfeitas
– - as portas lógicas respondem com um atraso 
temporal
tpLH tpHL
X
F
t
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Tempos de Propagação
• tpLH – Tempo de propagação LOW->HIGH
– Tempo que a saída demora a subir após uma 
variação na entrada que cause a subida
• tpHL – Tempo de propagação HIGH->LOW
– Tempo que a saída demora a descer após uma 
variação na entrada que cause a descida
• tpd – Tempo de propagação
– tpd = Max(tpLH, tpH)
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Tempos de Propagação
• Num dado circuito, muitas vezes interessa saber qual 
o pior caso de propagação
– Worst-case propagation delay – impõe restrições 
temporais à velocidade com que operam os circuitos
• Ao pior caso de propagação, corresponde um dado 
caminho do circuito – caminho crítico.
– Normalmente é o caminho que atravessa mais portas 
lógicas (isto se os atrasos das portas forem idênticos)
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Tempos de Propagação
• Exemplo:
Qual será o pior caso de propagação no seguinte circuito ?
Indique uma situação que ilustre o pior caso.
AND e OR: tpd = 10ns
NOT: tpd = 7ns
(Suponha tpd = tpLH = tpHL em todas as portas)
A
B
C
F
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Tempos de Propagação
• Exemplo:
A
B
C
F
Caminho crítico
Tpd(Total) = tpd(NOT)+tpd(AND)+tpd(OR) = 27ns
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Tempos de Propagação
• Podem também ocorrer de picos na saída...
– Exemplo:
A F
A
A
t
F
tpd(AND)
tpd(NOT)
A
A
t
F
Caso ideal Caso real
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Tecnologias
• Densidade de integração
– SSI (Single Scale Integration) 
• <10 portas lógicas por circuito integrado
– MSI (Medium Scale Integration)
• 10-100 portas / CI
• Ex: Circuitos aritméticos, registos, contadores
– LSI (Large Scale Integration) 
• 100-10000 portas / CI
• Microprocessadores simples, memórias pequenas, 
controladores
– VLSI (Very Large Scale Integration)
• 10000 a mais de 100 Milhões de portas / CI
• Processadores complexos (Pentium, Xeon, etc.)
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Tecnologias
• Principais características
– Fan-out
• Número de portas que se podem ligar à saída
– Margem de ruído
• Gamas de tensão correctamente interpretadas
– Potência dissipada
• Aquecimento dos circuitos
– Tempos de propagação
• tpHL e tpLH
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Tecnologias
• Principais famílias lógicas
– TTL (transistor-transistor logic)
• Rápidos; dissipam muita potência; actualmente em declínio
– ECL (emitter-coupled logic)
• Mais rápidos que TTL; dissipam muita potência
– MOS (metal-oxide semiconductor)
• Permitem uma grande densidade de integração
– CMOS (complementary metal-oxide semicondutor)
• Baixo consumo de energia; muito utilizados actualmente
– BiCMOS (bipolar complementary metal-oxide semicondutor)
• Combinação TTL e CMOS (mais rápido que apenas CMOS)
– GaAs (arseneto de gálio)
• A família mais rápida, mas também a mais cara
Codificadores e Decodificadores
DECODIFICADOR – Circuito digital que detecta a presença 
de uma combinação específica de bits (código) em suas 
entradas indicando a presença desse código através de um 
nível de saída especificado. Em sua forma geral, um 
decodificador tem n linhas de entrada para manipular n bits 
 e de uma a 2n linhas de saída para indicar a presença de 
uma ou mais combinações de n bits.
Códigos
• Se cada dígito de um número decimal é representado por seu equivalente binário, 
o resultado é um código chamado “Decimal Codificado em Binário” (Binary Coded 
Decimal). Como um dígito decimal pode assumir os valores de 0 a 9, quatro bits 
são necessários para codificar cada dígito. A principal vantagem do código BCD é a 
relativa facilidade de conversão para o decimal e vice-versa.
• Código BCD8421
BCD - Binary Coded Decimal
8421 – valores dos algarismos 
num dado número binário:
23, 22, 21, 20.
Sugestão 1
Confeccionar um decodificador para um teclado 
numérico. Saídas = número pressionado e bit 
indicativo de pressionamento de tecla (circuito e 
verilog).
Sugestão 1
module DecTeclado(t,s,p); //modulo Decodificador de Teclado
 input [9:0] t;
 output [3:0] s;
 output p;
 reg [3:0] s; //as saidas deverao estar associadas a regs
 reg p;
always @(*)
 begin
 case(t)
 10'b0000000001: s[3:0]=4'b0000;
 10'b0000000010: s[3:0]=4'b0001;
 10'b0000000100: s[3:0]=4'b0010;
 10'b0000001000: s[3:0]=4'b0011;
 10'b0000010000: s=4'b0100; 
 10'b0000100000: s=4'b0101;
 10'b0001000000: s=4'b0110;
 10'b0010000000: s=4'b0111;
 10'b0100000000: s=4'b1000;
 10'b1000000000: s=4'b1001;
 default: s=4'b0000;
 endcase
end
always @(*)
 begin
 p=(|t)?1:0; //reducao OR -> verifica se existe algum botao pressionado
 end
endmodule // DecTeclado
Codificador Decimal/Binário BCD8421
• Convenção Utilizada:
Chave fechada ⇒ Nível “0”
Chave aberta ⇒ Nível “1”
Decodificador Binário/Decimal
• Estrutura Geral do Decodificador
Decodificador Binário/Decimal
• Obs.: o que fazer com os valores superiores a 9?
Tabela-verdade do decodificador BCD8421 ↔ 9876543210. 
Decodificador 
Binário/Decimal
Decodificador BCD → 7 Segmentos
• Representação dos algarismos decimais de 0 a 9 ou caracteres 
hexadecimais de A até F.
(a) Configurações dos 7 segmentos
(b) segmentos ativos para cada dígito.
Tecnologias de Fabricação de Display de 7 Segmentos
• Display a LED (diodo emissor de luz)
Anodo comum 
(nível “0” no catodo)
Catodo comum (nível 
“1” no anodo)
• Interligação de um decodificador para display de 7 segmentos com o display.
Decodificador BCD/7 Segmentos
(LCD – “Liquid Crystal Display”)
Tecnologias de Fabricação de Display de 7 Segmentos
• Vantagem dos LCDs:
- baixíssimo consumo de energia.
• Vantagem dos displays a LED:
- proporcionam um display com brilho mais 
intenso, facilmente visível em áreas escuras.
Comparação entre os Displays de 7 
Segmentos
Tabela-verdade de um decodificador para display de 7 segmentos. 
BCD8421 CÓDIGO PARA OS 7 
SEGMENTOS
A B C D a b c d e f g
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0
2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1
4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1
5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
Decodificador BCD/7 Segmentos
(a) Decodificador/driver BCD para 7 segmentos acionando um display de 7 
segmentos a LEDs de anodo comum; (b) padrões de segmentos para todos os códigos 
de entrada possíveis.
Display de Cristal Líquido
(a) Configuração básica; (b) aplicando-se uma tensão entre o segmento e o 
backplane, o segmento é ligado. Uma tensão zero desliga o segmento.
• Características:
- Operam basicamente com sinais CA de baixa tensão (≈ 3 
a 15 V) e baixa frequência (25 a 60 Hz).
- A tensão CA necessária para ligar um segmento é 
aplicada entre o segmento e o “backplane”, que é comum a 
todos os segmentos.
- O segmento e o “backplane” formam um capacitor que 
consome uma corrente muito baixa.
Display de Cristal Líquido
Método de acionar um segmento de LCD
• Se CONTROLE == BAIXO então segmento desligado;
• Senão segmento ligado.
Método de acionamento de um LCD de 7 segmentos.
Vantagens dos Dispositivos CMOS em relação 
aos TTL para o acionamento de LCD’s
• Os CMOS necessitam de muito menos potência que os 
TTL, e são mais adequados para aplicações onde os 
LCD’s são alimentados por baterias.
• O estado BAIXO dos dispositivos TTL não é exatamente 
0V e pode ser até 0,4V. Isto produziria uma componente 
DC entre o segmento e o “backplane”, que encurtaria a 
vida útil de um LCD.
ConversoresBinário → Gray
Conversor Gray / Binário
Conversor Gray / Binário
Funções lógicas minimizadas
• Generalizando para um Código Gray de N 
bits, pode-se escrever:
Conversor Gray → Binário.
Conversor Binário / Gray
Conversor Binário / Gray
Sugestão 2: Utilizar o tanto-faz (X) no caso do valor 
máximo de entrada for até 9.
Sugestão 3: Ampliar a gama de representação de 
entrada para hexadecimais (0 a F)
Sugestão 4: Construir o decodificador BCD8421 → 
Johnson. Entradas Saídas
A B C J3 J2 J1 J0
0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 1
0 1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 1 1 1
1 0 0 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 0
1 1 0 1 1 0 0
1 1 1 1 0 0 0
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	Tempos de Propagação
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