Eletronica Digital, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA

ELETRÔNICA II

Prof. Sidney José Montebeller

Referências Bibliográficas e Internet

Referências Bibliográficas

1- TOCCI, R. J.; WIDMER, N.S.; Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 2000.

2- MALVINO, A. P.; LEACH, D. P.; Eletrônica Digital: Princípios e Aplicações. São Paulo: McGraw-Hill, 1987.

3- TAUB, H.; Circuitos Digitais e Microprocessadores. São Paulo: McGraw-Hill, 1984.

4- LOURENÇO, A. C.; Circuitos Digitais. São Paulo: Érica.

5- CAPUANO, F. G.; IDOETA, I. V.; Elementos de Eletrônica Digital. São Paulo: Érica.

6- MELO, M.; Eletrônica Digital. São Paulo: Makron Books.

7- TOKHEIM, R. L.; Princípios Digitais. São Paulo: McGraw-Hill.

Internet

1- ALTERA – http://www.altera.com/ - Dispositivos de Lógica Programável

2- XILINX – http://www.xilinx.com/ - Dispositivos de Lógica Programável

3- ATMEL – http://www.atmel.com/ - Microcontroladores (AVR) e Componentes Discretos

4- MICROCHIP – http://www.microchip.com/ - Microcontroladores (PIC) e Componentes Discretos

5- NATIONAL – http://www.national.com/ - Microcontroladores (COP8) e Componentes Discretos

6- TEXAS INSTRUMENTS – http://www.ti.com/ - Microcontroladores (MSP430) e Componentes Discretos

7- BURR-BROWN – http://www.burrbrown.com/ - Conversores A/D e D/A e Amplificadores Operacionais

8- INTEL – http://www.intel.com/ - Microcontroladores (8051) e Componentes Discretos

9- ANALOG DEVICES – http://www.analog.com/ - Conversores A/D e D/A e Componentes Discretos

10- MOTOROLA – http://e-www.motorola.com/ - Microcontroladores (M68HC) e Componentes Discretos

FACENS ± ELETRÔNICA II ± Prof. Sidney José Montebeller (^) I

Sumário

• 1. Revisão de Circuitos Combinatórios
  • 1.1- Conceitos Introdutórios
  • 1.2- Representação de Quantidades Binárias................................................
  • 1.3- Circuitos Digitais/Circuitos Lógicos
  • 1.4- Sistemas de Numeração e Códigos........................................................
  • 1.5- Portas Lógicas e Álgebra Booleana
  • 1.6- Teoremas da Álgebra de Boole...............................................................
  • 1.7- Universalidade das Portas NAND e NOR
  • 1.8- Simplificação de Circuitos Lógicos..........................................................
  • 1.9- Projetando Circuitos Lógicos
  • 1.10- Método do Mapa de Karnaugh para Simplificação Circuitos Lógicos
  • 1.11- Outras Portas Lógicas...........................................................................
  • 1.12- Circuitos Integrados Lógicos
• 2. Famílias Lógicas de Circuitos Integrados
  • 2.1- Introdução
  • 2.2- Terminologia de Circuitos Integrados Digitais
  • 2.3- Família Lógica TTL
  • 2.4- Características da Série TTL Padrão
  • 2.5- Séries TTL Aperfeiçoadas.....................................................................
  • 2.6- Fan-Out e Carregamento para TTL.......................................................
  • 2.7- Outras Características TTL
  • 2.8- Conectando Saídas TTL Juntas............................................................
    • 2.9- Tristate (Terceiro Estado) para o TTL
  • 2.10- Circuitos Integrados Digitais MOS
  • 2.11- O MOSFET
  • 2.12- Circuitos Digitais com MOSFETs
  • 2.13- Características da Lógica MOS.............................................................
  • 2.14- Lógica MOS Complementar
  • 2.15- Características da Série CMOS
  • 2.16- Tecnologia de Baixa Tensão.................................................................
  • 2.17- Saídas CMOS de Dreno Aberto e Tristate
  • 2.18- Interfaceamento de Circuitos Integrados
  • 2.19- TTL Acionando CMOS
  • 2.20- CMOS Acionando TTL
• 3. Dispositivos de Lógica Programável (PLDs)
  • 3.1- Introdução
  • 3.2- Conceito Básico
  • 3.3- Simbologia
  • 3.4- Arquitetura de um PLD..........................................................................
  • 3.5- Outros Recursos Disponíveis................................................................
  • 3.6- Outros Tipos de PLDs
  • 3.7- Programação.........................................................................................
  • 3.8- PLDs Programáveis
• 4. Flip-Flops Sumário
  • 4.1- Introdução
  • 4.2- Flip-Flop R-S (Reset – Set)
  • 4.3- Flip-Flops com Clock.............................................................................
  • 4.4- Flip-Flop R-S com Clock
  • 4.5- Flip-Flop J-K..........................................................................................
  • 4.6- Flip-Flop D
  • 4.7- Latch D..................................................................................................
  • 4.8- Entradas Assíncronas
  • 4.9- Características de Temporizações dos Flip-Flops
  • 4.10- Circuitos Integrados de Flip-Flops.........................................................
  • 4.11- Problemas de Temporização em Flip-Flops..........................................
  • 4.12- Flip-Flops Mestre/Escravo
  • 4.13- Dispositivos Schmitt-Trigger..................................................................
  • 4.14- Circuitos Geradores de Clock
• 5. Contadores
  • 5.1- Introdução
  • 5.2- Contadores Assíncronos
  • 5.3- Contadores de Módulo < 2N
  • 5.4- Diagrama de Transição de Estados
  • 5.5- Contadores de Década
  • 5.6- Circuitos Integrados de Contadores Assíncronos
  • 5.7- Contador Assíncrono Decrescente
  • 5.8- Atrasos de Propagação de Contadores Assíncronos............................
  • 5.9- Contadores Síncronos
  • 5.10- Circuitos Integrados de Contadores Síncronos.....................................
  • 5.11- Contadores Síncronos Decrescentes....................................................
  • 5.12- Contadores com Carga Paralela
  • 5.13- Utilizando Contadores BCD
  • 5.14- Projeto de Contadores Síncronos
  • 5.15- O Flip-Flop J-K
  • 5.16- Procedimento para Construção de Contadores Síncronos
• 6. Registradores
  • 6.1- Introdução
  • 6.2- Registradores de Deslocamento
  • 6.3- Transferência Paralela de Dados entre Registradores
  • 6.4- Transferência Serial de Dados entre Registradores
  • 6.5- Comparação entre a Transferência Paralela e a Transferência Serial..
  • 6.6- Contadores com Registradores de Deslocamento................................
  • 6.7- Circuitos Integrados de Registradores
    • Demultiplexadores 7. Decodificadores, Codificadores, Multiplexadores e
  • 7.1- Decodificadores
  • 7.2- Codificadores
  • 7.3- Multiplexadores
  • 7.4- Demultiplexadores
• 8. Aritmética Digital
  • 8.1- Introdução
  • 8.2- Adição Binária
  • 8.3- Representação de Números com Sinal.................................................
  • 8.4- Representação de Números com Sinal Usando Complemento a
  • 8.5- Multiplicação de Números Binários
  • 8.6- Divisão de Números Binários
  • 8.7- Adição de Números BCD
  • 8.8- Aritmética Hexadecimal
  • 8.9- Circuitos Aritméticos
  • 8.10- Somador Paralelo Integrado
  • 8.11- Ligação em Cascata de Somadores Paralelos
  • 8.12- Circuito Integrados de ULAs
• 9. Conversão Digital-Analógica
• 9.1- Interface com o Mundo Analógico
• 9.2- Sistema Digital Interfaceando com Grandezas Analógicas
• 9.3- Conversão Digital Analógica (D/A)
• 9.4- Código de Entrada BCD
• 9.5- Conversor D/A com Amplificador Operacional
• 9.6- Fatores Importantes na Precisão da Conversão
• 9.7- Conversores D/A com Saída em Corrente
• 9.8- Rede R/2R.............................................................................................
• 9.9- Especificações de Conversores D/A
• 9.10- Circuito Integrado de Conversão D/A – AD7524
• 9.11- Aplicações de Conversores D/A
• 10. Conversão Analógico-Digital
  • 10.1- Introdução
  • 10.2- Conversor A/D de Rampa Digital
  • 10.3- Precisão e Resolução de Conversores A/D
  • 10.4- Aquisição de Dados
  • 10.5- Reconstrução de Sinais Digitalizados
  • 10.6- Conversor A/D de Aproximações Sucessivas
  • 10.7- ADC0804 – Conversor A/D de Aproximações Sucessivas
  • 10.8- Conversor A/D Flash Sumário
  • 10.9- Outros Métodos de Conversão A/D
• 11. Memórias
  • 11.1- Introdução
  • 11.2- Definição de Termos Básicos............................................................
  • 11.3- Princípios de Operação das Memórias
  • 11.4- Conexões da Memória com a CPU...................................................
• 12. Memórias Somente de Leitura (ROM)
  • 12.1- Introdução
  • 12.2- Diagrama em Blocos de uma ROM...................................................
  • 12.3- Arquitetura de uma ROM
  • 12.4- Temporização de uma ROM
  • 12.5- Tipos de ROM
  • 12.6- Aplicações de ROMs.........................................................................
• 13. Memórias de Acesso Aleatório (RAM)
  • 13.1- Introdução
  • 13.2- Arquitetura de uma RAM...................................................................
  • 13.3- RAM Estática (SRAM).......................................................................
  • 13.4- RAM Dinâmica (DRAM)
• 14. Expansão do Tamanho da Palavra e da Capacidade
  • 14.1- Introdução
  • 14.2- Expansão do Tamanho da Palavra
  • 14.3- Expansão da Capacidade
• 15. Microcontrolador AT90S8515
  • 15.1- Introdução
  • 15.2- Características do Microcontrolador AT90S8515..............................
  • 15.3- Encapsulamento
  • 15.4- Descrição Geral
  • 15.5- Diagrama em Blocos
  • 15.6- Descrição dos Pinos
  • 15.7- Oscilador
  • 15.8- Arquitetura
  • 15.9- Temporizadores/Contadores.............................................................
  • 15.10- Watchdog Timer..............................................................................
  • 15.11- Acesso para Leitura/Escrita na EEPROM SUMÁRIO
  • 15.12- UART
  • 15.13- Comparador Analógico
  • 15.14- Interface com SRAM Externa..........................................................
  • 15.15- Portas de Entrada/Saída
• 16. Guia para Uso do Assembler AVR
  • 16.1- Introdução
  • 16.2- Código Fonte do Assembler..............................................................
  • 16.3- Registradores da Memória de I/O do AT90S8515
  • 16.4- Tabela de Instruções.........................................................................
  • 16.5- Diretivas no Assembler
  • 16.6- Expressões

Revisão de Circuitos Combinatórios

1. Revisão de Circuitos Combinatórios

1.1- Conceitos Introdutórios

Grandezas Analógicas e Digitais

Grandezas analógicas são aquelas que podem variar em um intervalo contínuo de valores. Por exemplo, a velocidade de um veículo pode assumir qualquer valor de 0 a 200 Km/h. Grandezas digitais são aquelas que variam em passos discretos. Por exemplo, o tempo varia continuamente mas a sua medição através de um relógio digital é feita a cada minuto.

Sistemas Analógicos e Digitais

Um sistema analógico contém dispositivos que podem manipular quantidades físicas analógicas. Por exemplo, a saída de um amplificador pode variar continuamente dentro de um certo intervalo. Um sistema digital contém dispositivos capazes de manipular informações lógicas (representadas na forma digital). Um exemplo seria um computador. As vantagens das técnicas digitais são várias:

• Sistemas digitais são mais fáceis de projetar;
• Fácil armazenamento de informação;
• Maior exatidão e precisão;
• A operação do sistema pode ser programada;
• Circuitos digitais são menos afetados pelo ruído;
• Um maior número de circuitos digitais pode ser colocado em um circuito integrado.

Sistemas de Numeração Digital

• Sistema decimal – contém 10 algarismos (0 a 9). Representação: 273,41 10 = (2 x 10^2 ) + (7 x 10^1 ) + (3 x 10^0 ) + (4 x 10-1) + (1 x 10-2) Pesos 102 101 100 10 -1^10 - 2 7 3 4 1
• Sistema binário – contém 2 algarismos (0 e 1). Representação: 101,01 2 = (1 x 2^2 ) + (0 x 2^1 ) + (1 x 2^0 ) + (0 x 2-1) + (1 x 2-2) = 5,25 10

Pesos 22 21 20 2 -1^2 - 1 0 1 0 1

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Revisão de Circuitos Combinatórios

1.3- Circuitos Digitais/Circuitos Lógicos

Circuitos digitais são projetados para produzir tensões de saída e responder a tensões de entrada que estejam dentro do intervalo determinado para os binários 0 e 1. A fig. 1-2 mostra isso:

Fig. 1-2: Resposta de um circuito digital

Praticamente todos os circuitos digitais existentes são circuitos integrados (CIs), o que tornou possível a construção de sistemas digitais complexos menores e mais confiáveis do que aqueles construídos com circuitos lógicos discretos.

1.4- Sistemas de Numeração e Códigos

O sistema binário de numeração é o mais importante em sistemas digitais. O sistema decimal também é importante porque é usado por todos nós para representar quantidades. Já os sistemas octal e hexadecimal são usados para representar números binários grandes de maneira eficiente.

• Conversões Binário-Decimal – Cada dígito tem um peso correspondente à sua posição. 110112 = (1 x 2^4 ) + (1 x 2^3 ) + (0 x 2^2 ) + (1 x 2^1 ) + (1 x 2^0 ) = 27 10

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Revisão de Circuitos Combinatórios

• Conversões Decimal-Binário – O método usado é o das divisões sucessivas:
• Conversão Octal-Decimal – Cada dígito tem um peso correspondente à sua posição. 3728 = (3 x 8^2 ) + (7 x 8^1 ) + (2 x 8^0 ) = 250 10
• Conversão Decimal-Octal – O método usado é o das divisões sucessivas:
• Conversão Octal-Binário – Cada dígito octal é convertido para o seu correspondente em binário.

Dígito Octal 0 1 2 3 4 5 6 7 Equivalente Binário 000 001 010 011 100 101 110 111

• Conversão Binário-Octal – O número binário é dividido em grupos de 3 dígitos iniciando-se a partir do dígito de menor peso. Cada grupo é convertido no seu correspondente octal. 1001110102 = (100) (111) (010) = 472 8
• Conversão Hexadecimal-Decimal – Cada dígito tem um peso correspondente à sua posição. 2AF 16 = (2 x 16^2 ) + (10 x 16^1 ) + (15 x 16^0 ) = 687 10
• Conversão Decimal-Hexadecimal – O método usado é o das divisões sucessivas:
• Conversão Hexadecimal-Binário – Cada dígito hexadecimal é convertido para o seu correspondente em binário. 9F2 16 = (1001) (1111) (0010) = 100111110010 2
• Conversão Binário-Hexadecimal – O número binário é dividido em grupos de 4 dígitos iniciando-se a partir do dígito de menor peso. Cada grupo é convertido no seu correspondente hexadecimal. 11101001102 = (0011) (1010) (0110) = 3A6 16

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Revisão de Circuitos Combinatórios

Operação Lógica AND (E)

Fig. 1-4: Porta AND (E)

Operação Lógica NOT (INVERSORA)

Fig. 1-5: Porta NOT (INVERSORA)

Descrevendo Circuitos Lógicos Algebricamente

Qualquer circuito lógico pode ser descrito usando as portas AND, OR e NOT. Essas três portas são os blocos básicos na construção de qualquer sistema digital.

Fig. 1-6 : Circuito Lógico e sua Expressão Lógica

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Revisão de Circuitos Combinatórios

Implementando Circuitos Lógicos a partir de Expressões Booleanas

Podemos usar a expressão booleana para gerar o circuito lógico. Por exemplo:

Fig. 1-7: Expressão Lógica e seu Circuito Lógico

Portas NOR e NAND

Outros tipos de portas lógicas existentes são as portas NOR e NAND, que na verdade são combinações das portas OR, AND e NOT.

Fig. 1-8: Portas NOR e NAND

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Revisão de Circuitos Combinatórios

1.7- Universalidade das Portas NAND e NOR

Qualquer expressão lógica pode ser implementada usando apenas portas NAND ou portas NOR. Isso porque podemos representar portas OR, AND ou NOT usando apenas portas NAND ou NOR.

Fig. 1-9: Uso de PORTAS NAND para implementar outras funções booleanas.

1.8- Simplificação de Circuitos Lógicos

Depois de encontrada a expressão de um circuito lógico, podemos reduzi-la para uma forma mais simples. A intenção é diminuir o número de variáveis nessa expressão, o que significa diminuir o número de portas lógicas e conexões em um circuito lógico.

Simplificação Algébrica

A simplificação algébrica é feita com o uso dos teoremas da álgebra booleana e de DeMorgan. Exemplo:

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Revisão de Circuitos Combinatórios

1.9- Projetando Circuitos Lógicos

Passos para o projeto completo de um circuito lógico:

a) Montar a tabela-verdade:

A B C x 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

b) Analisar a saída:

Quando qualquer entrada de uma porta OR for “1” então a saída será “1”. Então podemos deduzir que a saída x é uma operação OR de todos os casos em que a saída x é “1”. Cada caso corresponde a uma operação lógica AND com todas as variáveis de entrada.

c) Simplificar a expressão lógica obtida:

A expressão pode ser reduzida a um número menor de termos se aplicarmos os teoremas booleanos e de DeMorgan.

d) Implementar o circuito através da expressão lógico:

Fig. 1-10: Circuito lógico final

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Revisão de Circuitos Combinatórios

Circuito XNOR

Fig. 1-12: Porta XNOR (NOU-Exclusivo)

1.12- Circuitos Integrados Lógicos

Exemplos de circuitos integrados lógicos:

Fig. 1-13: Circuito integrado 74LS08 (4 portas AND de 2 entradas)

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Revisão de Circuitos Combinatórios

Fig. 1-14: Circuito integrado 74LS04 (6 portas inversoras)

Fig. 1-15: Circuito integrado 74LS32 (4 portas OR de 2 entradas)

Outros:

• 7400 – Quatro portas NAND
• 7402 – Quatro portas NOR
• 7486 – Quatro portas XOR
• 74266 – Quatro portas XNOR

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