Relatório de Circuitos Integrados

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1. INTRODUÇÃO 
1.1 O que é Circuito Integrado 
Um circuito integrado (CI) é um circuito eletrônico que identifica os valores recebidos nos pinos de entrada e executa a lógica de Boole, enviando para os pinos de saída uma resposta correspondente a equação executada. 
Esses circuitos são pequenos pedaços de um material semicondutor, que contém gravados neles miniaturas de componentes como: Transistores, diodos, resistores, capacitores, entre outros. Possuindo um único encapsulamento ao redor da pastilha feito por uma proteção plástica ou cerâmica, seu formato e tamanho define a forma em que o CI será fixado na placa de circuito impresso. 
Um fator importante a ser destacado é que na eletrônica pinos energizados equivalem ao número 1 e pinos desenergizados a 0. 
 
1.2 Familiais Lógicas 
As famílias lógicas são uma forma de categoriza e agrupar os circuitos lógicos que possuem características similares entre si, como por exemplo níveis de tensão de entrada e saída, imunidade a ruídos, tempo de propagação e valor da tensão de alimentação. 
Essa forma de agrupamento na composição de sistemas digitais facilita a interligação entre componentes básicos, principalmente em sistemas mais complexos. 
A família utilizada nesse relatório é a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), sua tecnologia permite a construção de sistemas com altíssima densidade de integração. Possuindo como característica tensões de alimentação com níveis não críticos, uma baixa dissipação da potência e uma alta imunidade a ruído, que é a interferência de outros sinais na captação do circuito. 
1.3 Circuitos Lógicos Comerciais 
Na eletrônica os circuitos integrados de portas lógicas básicas são mais utilizados para o aprendizado, pela sua maior facilidade de entendimento. 
Os circuitos integrados possuem um código impresso no componente, que torna possível a identificação de algumas informações como: Fabricante, série, tipo de família, função lógica, entre outras. A figura abaixo mostra um exemplo de como esse código pode ser. 
 
Figura 2 – Exemplo de código impresso 
 
Fonte: Eletrônica Digital, 2021 
 
Os circuitos integrados comerciais utilizados como exemplo para cada porta lógica possuem uma mesma família que é a CMOS e são da mesma série 74HC, com isso eles possuem características muito similares que são as seguintes: 
· Possuem 14 pinos, sendo divididos entre saída e entrada; 
· Tensão de Alimentação de 2 a 6 VDC; 
· Uma corrente de operação máxima de 50mA; 
· Encapsulamento do tipo DIP; 
· Uma temperatura de operação de - 40° C à 125º; 
O único circuito integrado que não segue essas características é o colocado como exemplo para a porta XOR.
 
1.3.1 Porta lógica AND 
Essa porta lógica trabalha com a saída só sendo energizada caso todas as entradas estiverem em um estado lógico alto (1), isso quer dizer que a entrada precisa ter uma tensão positiva e diferente de 0 V. Essa lógica é chamada de lógica multiplicativa 
Um exemplo de circuito integrado utilizando a porta lógica AND é o circuito integrado 74HC08N, que possui quatro portas lógicas independentes do tipo AND e seus pinos divididos em oito entradas e quatro saídas. A imagem abaixo mostra o circuito lógico desse CI 
 
Figura 2 – Circuito Lógico do 74HC08N 
 
Fonte: FlipFlop, 2021 
 
1.3.2 Porta Lógica OR 
A porta OR utiliza a lógica aditiva, que torna energizado o pino de saída se qualquer pino de entrada for energizado. 
O 74HC32N é um exemplo de circuito integrado que utiliza a porta lógica OR. O mesmo possui quatro portas lógicas que executam operações do tipo OR e possui a mesma divisão de pinagem que o 74HC08N, oito entradas e quatro saídas. Logo abaixo tem uma imagem representado o circuito lógico utilizado nele. 
 
Figura 3 – Circuito Lógico do 74HC32N 
 
Fonte: FlipFlop, 2021
1.3.3 Porta Lógica NOT 
Essa porta é conhecida como porta inversora, pois ela inverte o valor recebido na entrada e envia o resultado para a saída. A mesma possui apenas uma entrada e uma saída em seu circuito. 
Como exemplo comercial temos o 74HC04N possuindo seis portas lógicas independentes do tipo NOT e uma pinagem, diferentemente dos outros dois circuitos apresentados anteriormente, com seis entradas e seis saídas. Seu circuito lógico é demonstro na imagem a seguir. 
 Figura 4 – Circuito Lógico 74HC04N
 
 Fonte: Flipflop, 2021
1.3.4 Porta Lógica NOR 
A porta lógica NOR é a porta OR invertida, isso quer dizer que teremos uma porta NOT ligada na saída da porta OR. Sua representação de forma mais simplificada é uma bolinha inversora na ponta da porta OR. 
O circuito integrado comercial como exemplo nesse caso é o 74HC02N, que possui quatro portas lógicas independentes do tipo NOR, e uma pinagem de oito entradas e quatro saídas. A imagem a seguir mostra o circuito lógico do 74HC02N. 
Figura 5 – Circuito Lógico 74HC02N 
 
 
Fonte: AutoCore Robotica, 2021 
 
1.3.5 Porta Lógica NAND 
Essa porta segue a mesma lógica da NOR, porém é a inversão da porta AND. Sua representação e uma AND com uma bola inversora na porta lógica. 
Como exemplo de circuito integrado comercial temos o 74HC00N com quatro portas lógicas independentes NAND e uma pinagem de oito entradas e quatro saídas. A seguir uma imagem do seu circuito lógico. 
 
Figura 6 – Circuito Lógico 74HC00N 
 
Fonte: AutoCore Robotica, 2021 
 
 
1.3.6 Porta Lógica XOR 
A porta XOR por ser uma junção de outras portas lógicas é mais complexa do que os outros exemplos apresentados nesse relatório. 
Seu funcionamento é baseado na lógica de que saídas sera 3 V apenas se uma única entrada for 3 V, caso mais de uma entrada for 3 V a sua saída será 0 V. 
Um exemplo comercial para essa porta é o 74HC86 com quatro portas lógicas XOR e com características diferentes as outras portas citadas anteriormente, sendo elas: 
· Tensão de operação entre 4 – 6 V; 
· Tempo médio de execução 8ns; 
· Corre máxima de entrada 1mA; 
· Mantem o mesmo encapsulamento que as outras que é do tipo DIP; 
· Possui 14 pinos, sendo oito entradas e quatro saídas; 
A imagem a seguir apresenta o circuito lógico desse circuito integrado 
Figura 7 – Circuito Lógico 74HC86 
 
Fonte: AutoCore Robotica, 2021 
 
DESENVOLVIMENTO 
Um exemplo prático da utilização de circuitos integrados é a montagem de uma balança utilizando um microcontrolador, como o Arduino, uma célula de carga e um módulo HX711. 
2.1 Explicação do funcionamento do projeto 
O projeto é baseado na utilização de um microcontrolador para receber os sinais que a célula de carga vai fornecer após ocorrer a deformação da mesma por um peso colocado em seu corpo. 
Quando o microcontrolador recebe os sinais, ele processa a informação recebida através de uma programação e transforma em um valor de medição conhecido. O resultado da medição pode ser enviado para um display ou para o monitor serial da IDE do Arduino, caso o mesmo esteja conectado a um computador. 
Contudo para que esse projeto funcione é necessário um módulo amplificador e conversor HX711, que utiliza um circuito integrado para converter sinais analógicos para digitais. 
Esse componente recebe os sinais fornecidos pela célula de carga amplificando e convertendo eles para que o Arduino consiga fazer a leitura dos mesmos. Esse procedimento de amplificação é necessário já que a célula de carga envia sinais muito pequenos que não estão dentro de uma faixa de operação lida pelo Arduino. 
 
CONCLUSÃO 
Em vista das informações apresentadas nesse relatório foi percebido que os circuitos integrados possuem diversos formatos e aplicações, sendo que as suas características vão depender principalmente da família que ele faz parte e do tipo de porta lógica que é utilizado por ele. 
Além disso foi possível compreender que a utilização de circuitos integrados para portas lógicas simples de forma separada normalmente é utilizada para facilitar a compreensão do funcionamento desses dispositivos, pois em aplicações mais elaboradas é utilizado a combinação desses circuitos para gerar resultados mais complexos,como no caso do módulo HX711. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
AUTOCORE (Fortaleza). 74HC02 - CI Porta Lógica NOR. 2021. Disponível em: https://www.autocorerobotica.com.br/74hc02-ci-porta-logica-nor. Acesso em: 20 maio 2021. 
AUTOCORE (Fortaleza). 74HC86 - CI Porta Lógica XOR. 2021. Disponível em: https://www.autocorerobotica.com.br/74hc86-ci-porta-logica-xor. Acesso em: 20 maio 2021. 
CRUZ, Eduardo Cesar Alves; CHOUERI JUNIOR, Salomão; ARAUJO, Celso de. Eletrônica Digital. Rio de Janeiro: Érica, 2014. Disponível em: https://bookshelf.vitalsource.com/#/books/9788536518480. Acesso em: 20 maio 2021. 
COMPONENTS101. SN74HC00 2-Input NAND Gate. 2018. Disponível em: 
https://components101.com/ics/sn74hc00-2-input-nand-gate. Acesso em: 20 maio 2021. 
DESCONHECIDO. New Teck - Circuitos Integrados: o que é um circuito integrado?. O que é um circuito integrado?. 20—. Disponível em: https://www.newteck-ci.com.br/circuitos-integrados.php. Acesso em: 20 maio 2021. 
FILIPEFLOP (Santa Catarina). 74HC04N CI Porta Lógica NOT. 20--. Disponível em: https://www.filipeflop.com/produto/74hc04-ci-porta-logica-inversora/#tab-description. Acesso em: 20 maio 2021. 
FILIPEFLOP (Santa Catarina). 74HC08N CI Porta Lógica AND. 20--. Disponível em: https://www.filipeflop.com/produto/74hc08-ci-porta-logica-and/. Acesso em: 20 maio 2021. 
FILIPEFLOP (Santa Catarina). 74HC32N CI Porta Lógica OR. 20--. Disponível em: https://www.filipeflop.com/produto/74hc32-ci-porta-logica-or/. Acesso em: 20 maio 2021. 
MOL, Rian. Circuitos Lógicos – Lógica Booleana em CI’s. 2019. Disponível em: https://www.filipeflop.com/blog/circuitos-logicos-logica-booleana-em-cis/. Acesso em: 20 maio 2021.