15 - Circuitos integrados periféricos

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SISTEMAS 
DIGITAIS 
Italo Leonardo de Alencar Marton
Circuitos integrados 
periféricos
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
� Definir a aplicação dos circuitos integrados periféricos.
� Reconhecer os circuitos integrados de entrada e saída.
� Analisar o funcionamento dos circuitos integrados periféricos.
Introdução
No seu cotidiano, você está cercado de componentes eletrônicos que 
trazem comodidade e muitas facilidades, não é? Neste capítulo, você vai 
aprender sobre a arquitetura desses componentes digitais e compreender 
como eles funcionam. Você vai estudar os conceitos básicos dos sistemas 
digitais, bem como os conceitos de microprocessadores e sistemas de 
computação. Além disso, vai conhecer a arquitetura genérica de um 
microprocessador e seu funcionamento.
Eletrônica digital
A eletrônica digital está cada vez mais presente na vida das pessoas. Ela é o 
princípio de funcionamento de diversos equipamentos eletrônicos utilizados 
no cotidiano, como celulares, computadores e eletrodomésticos. Você já deve 
ter notado que a palavra “digital” aparece em muitos equipamentos e formas 
de comunicação. Ela é bastante utilizada, por exemplo, quando se fala sobre a 
mudança do sinal analógico de televisão para o digital. Essa mudança obriga 
todas as pessoas a possuírem um conversor ou equipamentos digitais.
Como você sabe, a humanidade classifica elementos e utiliza grandezas 
e medidas para manipular e agir no mundo com determinados propósitos. 
O sistema numérico decimal foi o primeiro sistema a ser criado e é baseado 
na quantidade de dedos que o ser humano tem nas duas mãos. Assim, é uma 
forma de representar valores de modo eficiente e exato. Em síntese, existem 
duas formas de representar valores numéricos: a analógica e a digital.
A representação analógica é contínua e infinita. Isso significa que para 
todo instante de tempo existe um valor referente. Tal valor está entre uma 
faixa máxima e uma mínima de valores infinitos. Um exemplo de medição 
analógica são os ponteiros de um relógio. Para todo instante de tempo, existe 
uma representação formada pelos ângulos dos ponteiros. Há infinitas configu-
rações dentro da margem de 0o a 360o. Outro exemplo é o ponteiro do medidor 
de velocidade de um automóvel, que pode registrar infinitos valores entre o 
máximo e o mínimo (TOCCI; WIDMER; MOSS, 2003).
A representação digital é uma representação discreta formada por símbo-
los chamados dígitos. Esses dígitos representam passos inteiros de valores 
em que não existem valores intermediários. Um exemplo seria o relógio 
digital, em que dois dígitos representam as horas e dois dígitos representam 
os minutos. Dessa forma, qualquer valor intermediário, como os segundos, 
é desprezado. O relógio digital, assim, marca a hora somente de minuto a 
minuto (TOCCI; WIDMER; MOSS, 2003).
A principal diferença entre as representações analógica e digital é a periodicidade das 
aferições. A aferição analógica ocorre em tempo contínuo, e a digital, em tempo discreto.
Na eletrônica digital, o sistema numérico utilizado é o binário. Você já 
deve ter ouvido falar sobre os termos bit e byte, não é? O bit é um algarismo 
binário que pode ser 0 ou 1. Já o byte é uma sequência de 8 bits. Assim, 
um pendrive de 32 GB (G significa “giga”, ou seja, 109) possui 32 x 109 
bytes. Como 1 byte equivale a 8 bits, o pendrive possui a capacidade de 
armazenar 32 x 8 x 109 bits ou 256 bilhões de bits. O mesmo vale para a 
memória de celulares e HDs (Hard Disks) de microcomputadores que são 
da ordem de 1 TB, ou seja, 1 x 1012 bytes. A velocidade de conexão com 
a internet via fibra óptica de 50 mega, por exemplo, equivale a 50 Mb/s, 
ou seja, 50 milhões de bits por segundo.
Os sistemas digitais são produzidos por meio de circuitos de chaveamento, 
o que os torna mais simples que circuitos analógicos. Os transistores são 
utilizados para a construção de microprocessadores e microcontroladores. 
Circuitos integrados periféricos2
A lógica digital também reduz a distorção e os ruídos do sistema, pois em 
sua entrada não importa o valor exato de tensão ou corrente, mas a faixa 
(baixa, alta ou degrau).
O armazenamento de informações é realizado com certa facilidade em dispositivos de 
memória como latches e flip-flops, existindo dispositivos de petabytes, por exemplo. 
Em sistemas analógicos, o armazenamento é mais complexo e limitado.
Uma grande vantagem do sistema digital é que nele as operações podem 
ser programadas por meio de um conjunto de instruções e executadas por um 
processador. Já em sistemas analógicos, os circuitos costumam ser dedicados. 
Os circuitos digitais podem ser fabricados com alto grau de integração, 
reduzindo ao máximo as suas dimensões. Porém, o mundo real é analógico. 
Assim, os sensores que captam qualquer tipo de variação ou posição também 
são analógicos. Eles necessitam de conversores analógico–digitais para 
enviar a informação ao processador que processa a informação e a envia aos 
atuadores. Os atuadores, em grande maioria, também são analógicos, neces-
sitando de conversores digital–analógicos para executarem suas funções.
Assim, para sistemas digitais, existe a necessidade de conversores. Além 
disso, o processamento demora certo tempo para ser realizado. Dependo 
da aplicação e da quantidade de dados a serem processados, o tempo é 
relevante. Quanto maior a precisão exigida, maior a quantidade de bits a 
serem processados.
Em sistemas digitais, a informação geralmente é processada na forma 
binária. Esses sistemas podem ser representados por qualquer dispositivo que 
tenha dois ou mais estados de operação, como LED (aceso ou apagado), relé 
(energizado ou não energizado) e ponto em disco magnético (polo positivo 
ou polo negativo).
Nos sistemas digitais eletrônicos, os números binários são representados 
por níveis de tensões ou corrente que estão presentes nas entradas e saídas 
dos dispositivos. O nível lógico 1 é representado por uma faixa de tensão 
de 2 V a 5 V, e o nível lógico 0 é representado pela faixa de 0 V a 0,8 V 
(Figura 1). Trabalhar com faixas de tensão aumenta a precisão do circuito, 
pois não é necessária a preocupação com quedas de tensão causadas por 
fiação e componentes (TOCCI; WIDMER; MOSS, 2003).
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Figura 1. Faixa de tensão típica para sinais lógicos.
Fonte: Adaptada de Tocci, Widmer e Moss (2003, p. 8).
Circuitos digitais são projetados para responder a entradas dentro das faixas 
lógicas e também para responder com tensões de saídas dentro das faixas 
lógicas, não distinguindo sinais dentro da mesma faixa. Os circuitos digitais 
são praticamente todos integrados, ou seja, são encapsulados em um mesmo 
chip devido ao seu tamanho extremamente pequeno, na ordem de nanôme-
tros. Existem várias tecnologias de construção, a depender dos componentes 
utilizados. Como exemplo, você pode considerar o CMOS (utiliza transistores 
MOSFET) e o TTL (utiliza transistores bipolares).
Para muitas aplicações em circuitos, é desejável que informações sejam armazenadas 
para processamento posterior em eventuais utilizações. Assim, existem circuitos de-
dicados a esse tipo de armazenamento. Tais circuitos são denominados memórias.
Existem memórias que permitem somente a leitura, chamadas de ROMs (Read-Only 
Memories). Elas podem ser gravadas pelo fabricante ou pelo usuário e não podem ser 
modificadas posteriormente. Em microcomputadores, a memória ROM é mantida 
mesmo com o desligamento do equipamento.
Também existem as memórias que permitem a leitura e a escrita, denominadas 
RAMs (Random Access Memories). Elas podem ser modificadas e lidas inúmeras vezes. 
Em microcomputadores, elas são voláteis, ou seja, quando o computador é reiniciado, 
a memória é zerada.
Ambas as memórias RAM e ROM são construídas com tecnologias CMOS, a mesma 
da fabricação dos microprocessadores, e possuem funções específicas. A ROM é 
destinada ao armazenamento de informações por tempo indeterminado.Já a RAM 
auxilia no processamento, na entrada e na saída de informações.
Circuitos integrados periféricos4
Circuitos integrados
O circuito integrado (CI), também conhecido como microchip e chip, é um 
componente eletrônico construído à base de materiais semicondutores. Ele é 
encapsulado em um material protetor plástico ou cerâmico, onde são fixados 
pinos que se interconectam com outros dispositivos.
Os CIs são utilizados em praticamente todos os equipamentos eletrônicos 
e revolucionaram o mundo da eletrônica. Eles realizam cada vez mais funções 
com diminuição de consumo de energia elétrica e tamanho miniaturizado. 
Isso permite a construção de equipamentos de maior capacidade, menor ta-
manho e menor peso. Um bom exemplo dessa evolução são os celulares. Nos 
últimos 10 anos, os telefones móveis sofreram mudanças significativas em 
sua capacidade, sua funcionalidade, seu tamanho e seu peso.
Na Figura 2, você pode ver um circuito integrado. O chip de silício está em 
seu centro e possui dimensões muito menores do que as da pastilha. Note as 
interconexões com os pinos de acesso, necessárias para que se possa manusear 
o CI sem danificá-lo.
Figura 2. Circuitos integrados.
Fonte: Wikipedia (2007, documento on-line).
Os circuitos integrados são classificados de acordo com a complexidade dos 
seus circuitos, medida pela quantidade de portas lógicas equivalentes em seu 
substrato. Ultimamente, são medidos em seis níveis diferentes. Também podem 
ser classificados de acordo com o componente eletrônico principal utilizado.
5Circuitos integrados periféricos
Outro uso relevante da integração se dá na fabricação. A produção em larga 
escala feita por robôs aumenta a precisão e a velocidade de produção, reduz custos 
e melhora o desempenho, a confiabilidade e a estabilidade de funcionamento.
Nos links a seguir, você pode acessar mais informações sobre os circuitos integrados, 
sua construção, as formas de encapsulamento e os circuitos impressos. Também pode 
ver onde encontrar o datasheet dos tipos de CIs.
https://goo.gl/9gQxce
https://goo.gl/J5TC
Microprocessador
O microprocessador é um circuito integrado responsável pelo processamento 
de dados por meio de cálculos e tomada de decisões. Todo equipamento ele-
trônico possui uma central para realizar as funções desejadas, que pode ser 
comparada com o cérebro humano.
O microprocessador opera com informações digitais no sistema binário e 
agrega as funções da unidade central de computação (Central Process Unit, 
CPU) em um único circuito integrado. Assim, é um dispositivo multifuncional 
programável que executa as instruções armazenadas, processando as infor-
mações de entrada e retornando as saídas desejadas.
Os periféricos são necessários pois o microprocessador não acumula todas 
as características necessárias para o seu funcionamento. Ele realiza somente 
o processamento de dados. Por isso, exige circuitos de apoio como: memória 
RAM (armazena informações de processamento), memória ROM (armazena 
os comandos a serem executados), dispositivos de entrada e saída (teclado, 
mouse, monitor, som, etc.), sinal de clock (determina a velocidade de proces-
samento), controladores de informações (placa-mãe), conversores de sinais, 
alimentação elétrica e muitos outros circuitos dedicados a funções necessárias 
para o conjunto de tarefas demandado.
Naturalmente, os computadores não pensam. Por isso, o programador do 
computador precisa fornecer um programa de instruções e dados que deter-
minam o que fazer e quando fazer. Assim, somente uma máquina de extrema 
Circuitos integrados periféricos6
velocidade é capaz de resolver problemas, manipular dados e tomar decisões ao 
comando de um programa. Se o programador introduzir comandos errados no 
programa, este vai produzir resultados incorretos, o que é conhecido como shit 
in/shit out (lixo na entrada/lixo na saída) (TOCCI; WIDMER; MOSS, 2003).
Os computadores são construídos com cinco elementos essenciais:
 � a unidade lógica e aritmética (ULA); 
 � a unidade de memória;
 � a unidade de controle;
 � a unidade de entrada;
 � a unidade de saída.
A ULA é a área do microcomputador em que as operações lógicas e arit-
méticas são realizadas por meio de um comando da unidade de controle. As 
informações a serem operadas pela ULA podem ser oriundas tanto da unidade 
de entrada quanto da memória. Além disso, o resultado das operações pode 
ser transferido tanto para a memória quanto para a unidade de saída.
A memória é controlada pela unidade de controle e pode conter o programa, 
os resultados parciais ou finais das operações aritméticas ou lógicas, bem como 
os dados de entrada e saída, que podem ser lidos pela ULA ou pela unidade de 
saída. Por sua vez, as unidades de entrada são todos os dispositivos utilizados 
para a obtenção de informações externas ao computador. Essas informações 
são armazenadas ou manipuladas de acordo com a unidade de controle para 
serem utilizadas no programa.
Já os dispositivos de saída são utilizados para transferir informações para 
o mundo exterior. Eles são acionados de acordo com a unidade de controle, 
podendo receber informações da memória ou da ULA. Os dispositivos de 
saída podem ser displays, lâmpadas, impressoras e qualquer outro dispositivo 
que receba a informação em sequência binária e a transforme na linguagem 
correta para ser lida. O interfaceamento é realizado pelas unidades chamadas 
de periféricas. Os dispositivos de entrada e saída não funcionam com a mesma 
linguagem do computador, por isso é necessário passar por interfaces para 
que possam trocar informações. 
A unidade de controle é responsável pelo controle de todas as unidades 
do computador, mantendo os componentes em sincronia e a temporização 
apropriada para a execução de cada linha de comando do programa. Ela atua, 
por exemplo, em conjunto com a memória, para onde envia um código de 
endereçamento e um sinal para habilitar a leitura ou a escrita naquele posicio-
namento. A unidade central de processamento incorpora a ULA e a unidade 
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de controle em um único circuito integrado, separando o “cérebro” das outras 
unidades. Essa CPU é chamada de processador (TOCCI; WIDMER; MOSS, 
2003). Na Figura 3, você pode ver o microcomputador e seus periféricos.
Figura 3. Microcomputador e seus periféricos.
Fonte: ONYXprj/Shutterstock.com.
No link a seguir, você pode assistir a uma videoaula sobre os componentes presentes 
em um microcomputador e as funções que eles desempenham.
https://goo.gl/zYGKWr
Microcontrolador
O microcontrolador é um computador em um único circuito integrado. Ele 
contém um núcleo de processador, memória e dispositivos de entrada e saída. 
A memória contida pode ser RAM, NOR flash ou PROM. Ela armazena o 
programa utilizado para o processamento. Os microcontroladores possuem 
pouca memória e baixa capacidade e velocidade de processamento se compa-
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rados aos processadores atuais. Porém, são de baixo custo e suficientes para 
aplicações simples, diminuindo dimensões, custos e consumo de projetos.
Os microcontroladores são utilizados em dispositivos automatizados e 
aplicações que exigem pouca capacidade de processamento. É o caso de con-
troles remotos, brinquedos, eletroeletrônicos, geladeiras, máquinas de lavar, 
sistemas de alarme, computadores de bordo de automóveis, etc. O consumo de 
energia de um microprocessador é baixo, da ordem de miliwatts. Ele pode ser 
alimentado por baterias de pequena capacidade e ter duração prolongada, pois 
possui modos de espera que chegam a um consumo da ordem de nanowatts. 
Os microcontroladores são amplamente utilizados em automações simples 
e vêm ganhando espaço no mercado com módulos comerciais de fácil mani-
pulação e linguagem de programação de alto nível, não sendo mais exclusivos 
para profissionais especializados. O Arduino e o Raspberry introduziram o 
leigo no mundo da eletrônica. A partir deles, microcontroladores e módulos 
periféricos passarama ser vendidos amplamente. Somente a programação 
é necessária para a sua utilização. Essa iniciativa facilitou o acesso a essa 
tecnologia devido à não preocupação com a construção do hardware, que 
demanda muito conhecimento e habilidades de produção de placas e soldas, 
tornando o hardware sensível e não confiável. 
Com a produção em massa, esse processo de construção do hardware 
pode ser pulado. Assim, os esforços podem ser concentrados na produção do 
programa. Esses produtos aceitam programação de alto nível, que é menos 
complexa do que a linguagem utilizada pelos microprocessadores (linguagem 
C++). Uma pessoa leiga pode aprendê-la e escrever um programa sem muitas 
dificuldades. Na Figura 4, a seguir, você pode ver um microcontrolador.
Figura 4. Microcontrolador.
Fonte: Sergey Privalov/Shutterstock.com.
9Circuitos integrados periféricos
Houve um tempo em que todas as pessoas entendiam sobre mecânica de carros, 
o que deixou de acontecer com a inserção da eletrônica nos automóveis. Com a 
introdução dos microcomputadores e notebooks pessoais, as pessoas aprenderam 
a realizar a manutenção e a formatação de seus microcomputadores. Do mesmo 
modo, com a inserção desses microcontroladores comerciais, muitas pessoas vão 
se tornar programadoras. Isso é um grande avanço para a sociedade, pois permite 
o crescimento do nível de automação da atividade humana e, consequentemente, 
da qualidade de vida e do índice de desenvolvimento humano (IDH).
A tecnologia digital já faz parte da vida de praticamente todo mundo. Nesse contexto, 
se destaca a comunicação por meios digitais. Pendrives, velocidade de internet, capaci-
dade de HD, quantidade de gigabytes dos planos de internet móvel, memória RAM de 
celulares e microcomputadores, capacidade de processamento, software 32 ou 64 bits: 
tudo isso faz parte do cotidiano das pessoas, que buscam cada vez mais capacidade e 
velocidade para atender às suas necessidades. Contudo, todas essas palavras, apesar de 
bastante conhecidas (especialmente pelos jovens e pelos apreciadores de tecnologia), 
carregam significados que muitas vezes não são totalmente compreendidos. Grande 
parte das pessoas não sabe, por exemplo, o que significa um pendrive de 32 Gb, uma 
conexão à internet de 15 Mb/s ou um HD SSD com velocidade de 6 Gbps.
Portanto, que tal exercitar seus conhecimentos? Explique a quantidade de dados que 
podem ser armazenados em um HD externo de 1 Tb e em um pendrive de 32 Gb. Além 
disso, descreva a velocidade de uma conexão de internet de 15 Mb/s e de um HD SSD de 
6 Gbps, bem como a quantidade de bits de uma música de 6 Mb e de um filme de 5 Gb.
Como você já sabe, 1 byte corresponde a 8 bits. Assim:
HD externo de 1 Tb = 1 * 1012 * 8 bits = 8.000.000.000.000 bits
Pendrive de 32 Gb = 32 * 109 * 8 bits = 256.000.000.000 bits
Internet de 15 Mb/s = 15 * 106 * 8 bits/s = 120.000.000 bits/s
HD SSD de 6 Gbps = 6 * 109 * 8 bits = 48.000.000.000 bits/s
Música de 6 Mb = 6 * 106 * 8 bits = 48.000.000 bits
Filme de 5 Gb = 5 * 109 * 8 bits = 40.000.000.000 bits
Agora você já tem ideia da quantidade imensa de dados que são transferidos por 
segundo entre os equipamentos digitais. Uma simples música de média resolução 
possui 48 milhões de bits. Ela pode ser baixada em poucos segundos por uma conexão 
ADSL e de modo praticamente instantâneo em uma conexão via fibra óptica. Além 
disso, como você viu, um cartão microSD pode ter 512 Gb de capacidade em um 
tamanho ínfimo. Assim, você pode ver a importância da eletrônica digital e notar 
como a evolução dos materiais a influência.
Circuitos integrados periféricos10
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