APOSTILA DE CIRCUITOS LOGICOS-REVISADA E CORRIGIDA e reeditada - Novembro de 2011.pdf

5/24/2018 APOSTILA DE CIRCUITOS LOGICOS-REVISADA E CORRIGIDA e reeditada - Novembro de 2011.pdf ...

http:///reader/full/apostila-de-circuitos-logicos-revisada-e-corrigida-e-reeditadaINSTITUTO CECY LEITE COS

CIRC

CIRCUITOS LGICOS 1

A Pr

ITOS LGIC

MDULO 1 f. Isac Zilli Rodrigues

2011

Prof. Mauro M.da Fonseca

Prof. Isac Zilli

Rodrigues

Prof. Rodrigo

Busato

INSTITUTO

ESTADUA!E!"

EITE

!OSTA

S


http:///reader/full/apostila-de-circuitos-logicos-revisada-e-corrigida-e-reeditada

Prefcio

Prof. Isac Z. Rodrigues 2

O estudo de sistemas digitais possibilita a abstrao de conceitos, dificilmente visveis pelo emprego

de ferramenta. Sero estudados sistemas numricos, lgebra de Boole e portas lgicas. O conhecimento da

base da digital possibilitar desenvolver com maior clarea as aplica!es, bem como pro"etar sistemas #ueenvolvam de alguma forma a necessidade de conhecimento do funcionamento de portas lgicas bsicas.

$rof. %sac &. 'odrigues

(Se o conhecimento pode criar problemas, no atravs da ignor)ncia #ue podemos solucion*los+

%saac simov



A ESCRITA DIGITAL


1aPARTE A ESCRITA DIGITAL

A primeira parte do Curso permite o entendimento da representao numrica utilizada emcomputao, seja em programa!o, "ar#$are o% ar&igos e cap'&%(os #e (i)ros *%e fa(em em (i+g%agem #e

m*%i+a -esmo carac&eres +!o +%m.ricos como (e&ras e s'm/o(os #e &ec(a#os #e *%a(*%er apare("o#igi&a( &er!o *%e ser co+)er&i#os para es&a represe+&a!o +%m.rica Por isso o estudante de graduaodeve fazer um esforo para que a linguagem digital possa ser compreendida em qualquer situao emque for apresentada.

1. Registros Numricos

Os regis&ros #e *%a+&i&a&i)os sempre foram /asea#os em s'm/o(os Os s'm/o(os mais pop%(ares%&i(i0am os a(garismos c"ama#os i+#%ar/icos Tais algarismos tem como ase os dez dedos das mos,sempre %&i(i0a#o em si&%a2es #e co+&agem Por isso . c"ama#o #e sistema decimal.

!ig. 1 Contagem decimal

Com o &empo a me#i#a *%e as co+&age+s a&i+giam o #o/ro o% mais #a co+&agem #e #%as m!os areprese+&a!o foi se+#o res%mi#a, por eco+omia #e &empo e espao

E34 5 dezenas6 5 3 1" 5 centenas6 5 3 1"" 5 mil#ares6 5 3 1"""

$ dezenas e % unidades6 $ & 1"7 %$ centenas' % dezenas e $ unidades6 $ & 1""7 % & 1"7 $

Como as co+&age+s eram sempre maiores a simp(ifica!o co+&i+%o% +a c"ama#a forma #e

pot(ncia de ase 1".

5 3 1"""6 5 3 1")5 3 1""""6 5 3 1"%

5 3 1""".""".""".""".""" 6 5 3 1"1*

5 3 18 7 9 6 5 3 1"17 9 3 1""5 3 188 7 9 3 18 7 5 6 5 3 1"$7 9 3 1"17 5 3 1""



A ESCRITA DIGITAL


Assim *%a(*%er +:mero #e ;ASE 18 po#e ser represe+&a#o com po&E=A, CE=TE=A e&c

A posio que define a quantidade que o n+mero representa.

?@ 6 ?88 7 @8 7 6 ?3188 7 @318 7 6 ?3185

7 @3181

7 3188

Notao posicional , cent. - dez. unid/atualB

O sistema in0rio surgiu para representar dois estados diferentes e somente dois

Por isso apenas dois caracteres so suficientes As formas #e (i+g%agem /i+ria, +a pr&icapo#em )ariar

Sim o% +!o er#a#eiro o% fa(so

A0%( o% )erme("o =o caso #o #isco #e CD RO-, f%ro, o% +!o f%ro

!ig. $ C2 de leitura 3tica

=o caso #o c#igo #e /arras, /arra pre&a o% /arra /ra+ca

!ig. ) C3digo de arras

Essa (i+g%agem #e #ois es&a#os /em #is&i+&os possi/i(i&o% a cria!o #e apare("os #igi&ais +!o s ocomp%&a#orB *%e (eiam, processem e g%ar#em es&as i+forma2es

To#a )e0 *%e %ma i+forma!o for #igi&a( o apare("o #igi&a( ir &ra#%0ir os #ois es&a#os #e forma

*%e e(e possa ma+ip%(ar es&es #a#os 4sta traduo se mantm como linguagem digital' s3 que ao

invs de ser arra preta ou arra ranca' por e&emplo' ser0 sinal eltrico e sem sinal eltrico.



A ESCRITA DIGITAL


!ig. % 5Representao gr0fica do sinal digital.

O/ser)e *%e o grfico . ape+as a represe+&a!o )is%a( #e #ois si+ais e(.&ricos #ifere+&es

6 sistema in0rio pode tamm representar quantidades com a idia de que a posio don+mero indica o valor que ele representa.

U&i(i0a+#o a mesma (gica #e represe+&a!o #a ;ASE 18 em po&



A ESCRITA DIGITAL


5B aa a &ra#%!o #o +:mero escri&o +a ;ASE 5 para o correspo+#e+&e +a ;ASE 18

11881

18811

18118181

111888

1.1 Converso de 7A84 1" para 7A84 $

Se *%isermos rapi#ame+&e co+)er&er %ma *%a+&i#a#e #a ;ASE 18 em %m +:mero com escri&a/i+ria,aplica5se o mtodo das divis=es sucessivas.4ste mtodo consiste em efetuar sucessivas divis=espela ase a ser convertida at o +ltimo quociente poss;vel.

O +:mero &ra+sforma#o ser compos&o por es&e :(&imo *%ocie+&e a(garismo mais sig+ifica&i)oB e,&o#os os res&os +a or#em i+)ersa s #i)is2es

=es&e caso, ser efe&%a#o s%cessi)as #i)is2es pe(o a(garismo 5, /ase #o sis&ema /i+rio, comomos&ra o e3emp(o a seg%ir para o +:mero #ecima( 9

O :(&imo *%ocie+&e ser o a(garismo mais sig+ifica&i)o e ficar co(oca#o es*%er#a Os o%&rosa(garismos seg%emse +a or#em a&. o 1J res&o4

Como mos&ra o e3emp(o, %1"

: 1"1111$.

=a pra&ica, o /i& me+os sig+ifica&i)o #e %m +%mero /i+rio rece/e a+o&a!o #e >87 e o maissig+ifica&i)o #e ?87

4&erc;cios de !i&ao



A ESCRITA DIGITAL


KB Co+)er&a os +:meros #ecimais em +:meros /i+rios

51

@@

KK

15

1.$ Converso de 7A84 $ para 7A84 1@

O pro/(ema #e *%e as *%a+&i#a#es a serem represe+&a#as em /i+rios oc%pam m%i&o espao #e%origem ao sis&ema #e +%mera!o 4BA24C?A>' 6D 7A84 1@' onde menos caracteres podemrepresentar um conEunto de n+meros in0rios

E34 818115B6 88;1FB

6 sistema #e&adecimal, o% sis&ema #e /ase 1F, largamente utilizado na 0rea dosmicroprocessadores e tamm no mapeamento de mem3rias em sistemas digitais Tra&ase #e %msis&ema +%m.rico m%i&o impor&a+&e, ap(ica#o em proje&os #e sof&$are e "ar#$are

Para represe+&ar o sis&ema "e3a#ecima( s!o %&i(i0a#os 18 a(garismos e as F primeiras (e&ras #oa(fa/e&o e, #es&a forma, &emse< "' 1' $' )' %' *' @' ' ,' -' A' 7' C' 2' 4' !

=o&ase *%e a (e&ra A represe+&a o a(garismo A, *%e por s%a )e0 represe+&a a *%a+&i#a#e #e0 Omesmo ocorre para a (e&ra ;, *%e represe+&a o a(garismo 7 e a *%a+&i#a#e o+0e, s%ce#e+#o assim a&. oa(garismo !, *%e represe+&a a *%a+&i#a#e *%i+0e

A/1@9 1"/1"97/1@9 11/1"9C/1@9 1$/1"92/1@9 1)/1"94/1@9 1%/1"9!/1@9 1*/1"9

A co+)ers!o #o sis&ema "e3a#ecima( para o sis&ema #ecima( po#e ser rea(i0a#a ap(ica+#o a#efi+i!o #o sis&ema #e +%mera!o ge+.rico +a ase [email protected], &emse4


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A ESCRITA DIGITAL


1K 1FB 6 1 3 1@1

7 K 3 1@"

1K 1FB 6 1@ 18B co+)ers!o "e3a#ecima( 6 #ecima(B

=ovamente a converso de 24C?A> para 4BA24C?A> se faz atravs de divis=es sucessivaspela ase do sistema a ser convertido' que no caso igual a 1@.

Para e3emp(ificar, o +:mero 1181 +a /ase 18 ser co+)er&i#o para o sis&ema "e3a#ecima(

Assim 118118B6 991K1FB

Se 1)1"

: 21@

, a escri&a ficar 11"11"

: %%21@

4&erc;cios de !i&ao com *%a&ro /i&s po#e

se represe+&ar 59

6 1F regis&rosB

Como e3emp(o co+)er&er o +:mero C1K1F para o sis&ema /i+rio

C1F

6 1518

6 11885

11F

6 118

6 15

como e3is&e a +ecessi#a#e #e represe+&(o com 9 /i&s 6 8881

K1F

6 K18

6 115

6 88115

Des&a forma, &emse4 C1K1F

6 1188888188115.

1.%Converso de 7A84 $ para 7A84 1@

A forma mais r0pida utilizar um algarismo 4BA24C?A> para cada % its de 7A84 $ da direitapara a esquerda

Como e3emp(o co+)er&er o +:mero /i+rio 1881181111188115

para "e3a#ecima(

Des&a forma, 1""11"11111""11$

: %2!)1@

.

4&erc;cios de fi&ao /e&tra5classe9

FB Co+)er&a para o sis&ema #ecima(

aB 188118 5B6 /B 811118 5B6

cB 8CA 1FB6 #B 5DK 1FB6

B Co+)er&a para o sis&ema /i+rio

aB ? 18B6 /B 185 18B6

cB K;? 1FB6 #B 9D 1FB6



A ESCRITA DIGITAL


?B Co+)er&a para o sis&ema "e3a#ecima(

aB 18811 5B 6 /B 1118811188 5B6

cB 5888 18B6 #B 98@F 18B6

!inalizando...

Para co+ce/er a forma!o #o sis&ema #ecima( /as&a o/ser)ar o "o#Mme&ro marca#or #e*%i(Mme&roB #e %m a%&om)e( Fuando a Grodin#aH das unidades comuta de - para "' um pino nessarodin#a fora a rodin#a das dezenas a avanar de 1 Assim ocorre s%cessi)ame+&e forma+#o &o#os osa(garismos.

O mesmo se o/ser)a +os #emais sis&emas. No in0rio' por e&emplo' quando a rodin#a daunidade alcana 1 e posteriormente comuta para zero' a rodin#a da dezena avana para 1 Po#ese+o&ar *%e a *%a+&i#a#e #e #'gi&os +ecessrio para represe+&ar %m +:mero *%a(*%er, +o sis&ema /i+rio,. m%i&o maior *%a+#o compara#o ao sis&ema #ecima(.

A &a/e(a a/ai3o mos&ra a forma!o #os a(garismos #e+&ro #e ca#a sis&ema +%m.rico

2ecimal 7in0rio e&adecimal

888 88888 888

881 88881 881

885 88818 885

88K 88811 88K

889 88188 889

88H 88181 88H

88F 88118 88F

88 88111 88

88? 81888 88?

88@ 81881 88@

818 81818 88A

811 81811 88;815 81188 88C

81K 81181 88D

819 81118 88E

81H 81111 88

81F 18888 818

81 18881 811

81? 18818 815

81@ 18811 81K

Taela 1 5 sistemas numricos



CIRCUITOS DIGITAIS


5a PARTE CIRCUITOS DIGITAIS

A segunda parte do curso visa I identificao' a compreenso e manipulao dos sinais eltricosque trafegam em circuitos digitais processando a informao A par&ir #es&e po+&o . poss')e(

imp(eme+&ar os circ%i&os #igi&ais e )erificar o se% f%+cio+ame+&o a&ra).s #e se%s compo+e+&es /sicos< 6sinal digital e os circuitos l3gicos.

$.1 An0lise de sinais 2igitais e Anal3gicos

Tanto os dados anal3gicos como os 2igitais podem ser traduzidos e convertidos para efeito detransmisso eltrica em 8inais Anal3gicos ou em 8inais 2igitais

6 8inal 2igital uma seqJ(ncia de dois n;veis de impulsos de tenso ou de corrente.

Tem amp(i&%#e #efi+i#a e %&i(i0a a (i+g%agem /i+ria #ois +')eisB N8 e N1 e s%ce#e+#ose aintervalos de tempo regulares

!ig. * 5 Representao gr0fica do sinal digital

6 8inal Anal3gico apresenta uma variao cont;nua ao longo do tempo.

As i+forma2es gera#as por )aria2es co+&'+%as #e amp(i&%#e, po#e+#o &er carac&er's&icas #e

amplitude e freqJ(ncia astante vari0veis.

!ig. @ 5 Representao gr0fica do sinal anal3gico

$.$ 2igitalizao de sinais anal3gicos

6 sinal digital dever0 ser soreposto ao sinal anal3gico#e forma *%e o res%(&a#o seja %m si+a(mo#%(a#o por p%(sos#eforma#o por p%(sosB



CIRCUITOS DIGITAIS


!ig. - 8inais anal3gico e digital sorepostos

4ste sinal deformado anal3gicopo#e ser &ra+smi&i#o como %m si+a( #e r#io

!ig. , 5 2iagrama de um sistema digital de transmisso e recepo

Fuando o sinal deformado c#ega no destino/receptor RB9 ele comparado com um sinal

anal3gico originala+&es #e ser #eforma#o pe(os p%(sosB

Ca#a po+&o #e compara!o "a)er %ma #eforma!o para mais o% para me+os #epe+#e+#o #op%(so8 o% 1B *%e a #eformo%

8e a deformao foi para mais isto significa que neste ponto o sinal digital 1. 8e foi paramenos o sinal digital foi " Assim o si+a( #igi&a( po#e ser rec%pera#o



CIRCUITOS DIGITAIS


$.) !un=es e Portas l3gicas

Em 1?H9, o ma&em&ico George /oo(e 1?1H1?F9B, aprese+&o% %m sistema de analise l3gicaco+"eci#o como (ge/ra #e ;oo(e

Nas fun=es l3gicas' temos apenas dois estadosD86

A f%+!o 6D 4

=es&e circ%i&o (gico odiferentes.

!ig.

=a co+#i!o em *%e as" cami+"o para a corre+&e circ

A lLmpada continua apes&!o a/er&as i+&errompe+#o o

Portanto este 7loco s3diferentes.

A/ai3o i(%s&ra o s;mol

)er#a#e.

CIRCUITOS DIGITAIS

Prof. Isac Z. Rodrigues

!ig. $@ 8imologia da porta l3gica NK6 6D.

sB po#em fa0er par&e #e #ois se+sores #e #oisrepor #%as peas sim%(&a+eame+&e A ao

+')e( (gico 8B

BC>D86 . %ma com/i+a!o #e por&as 4 e6D

sinal de sa;da ir0 para n;vel l3gico 1 86?4N

$ Circuito l3gico 6D 4BC>D86.

c"a)es C A e C ; es&!o a/er&as (ar e a (Qmpa#a +!o ace+#e

gada quando as c#aves C A e C 7 esto fec (%3o #e corre+&e

ter0 n;vel 1 na sa;da /lLmpada acesa9' 86?4

o *%e represe+&a, +a pr&ica, a f%+!o 6D 4

TA;ELA ERDADE

A 7 8

19

po+&os #e %ma (i+"a #eo ro s3 acionado 84

eN4R86RA8.

4 84 as entradas forem

e es&!o fec"a#asB, +!o

adas, pois

T4 84 as entradas forem

clusivo e s%a &a/e(a #a



=a fig%ra acima o s'm/o

circuito que efetivamente realiz

!ig. $- 8im

6servao importantadmite somente - variveis de e4&emplo de aplicao4

As c"a)es A e ; o% maia)isar 84 algum no prender

!uno C6NC2QNCA o

A f%+!o C6

=es&e circ%i&o (gico oiguais.

!ig. )

Fuando as c#aves Cpela lLmpada e ela estar0 acesa

Fuando C A:1 e ClLmpada apagada.

CIRCUITOS DIGITAIS


!ig. $, 8imologia da porta l3gica 6D 4BC>D8

(o #o circ%i&o (gico *%e e3ec%&a a f%+!o 6D 4

a a funo est0 ilustrado aai&o.

logia do circuito l3gico 6D 4BC>D86.

< ao contrrio dos outros blocos lgicos, cadntrada.

B po#em es&ar i+s&a(a#as em ci+&os #e seg%ra+cinto de segurana

NK6 6D 4BC>D86

C2QNCA . %ma com/i+a!o #e por&as 4 e 6D

sinal de sa;da ir0 para n;vel l3gico 1 86?4N

" circuito l3gico C6NC2QNCA.

e C 7 esto aertas / esto f.

7:" / :19 no circula corrente pela lLm

20

6.

C>D86 =a verdade' o

circuito O /012S%3O

a o+#e %m a)iso so+oro

N4R86RA8.

4 84 as entradas forem

c#adas9 circula corrente

ada' o que implica em



Com as duas c#aves fe

pela lLmpada e esta estar0 aces

Portanto' pode5se afir

quando as entradas forem id(nA/ai3o i(%s&ra o s;mol

)er#a#e

Acima simp(esme+&e r

C6NC2QNCA =a )er#a#e, o ci

!ig. )$ 8i

6servao importante< Assim

definido apenas para - varive

4&emplo de aplicao4

As c"a)es A e ; po#em e*%e co+&.m #ois f%ros T62A T62A 4 FD4i#e+&ificar #ois f

CIRCUITOS DIGITAIS


#adas' ou seEa' C A : C 7 : 1 / :a.

ar que a porta Coincid(ncia ter0 1 em sua

icas

o *%e represe+&a, +a pr&ica, a f%+!o C6NC

TA;ELA ERDADE

A 7 8

!ig. )1 8imologia da porta l3gica C6NC2QNC

eprese+&a sim/o(icame+&e o circ%i&o (gico

rc%i&o capa0 #e rea(i0ar es&a f%+!o . i(%s&ra#o a

mologia do circuito l3gico C6NC2QNCA.

como ocorre com o bloco lgico O /012S%3O,

is de entrada.

s&ar fa0er par&e #e se+sores #e %m ro/M *%e e+ FD4fa(&ar %m f%ro o ro/M a)isa si+ais #ifererossi+ais ig%aisB o ro/M proce#e com a co(oca

uadro 1 R48D?6 268 CRCDT68 2STA8.

21

: "9 circular0 corrente

sa;da /lLmpada acesa9'

2QNCA e s%a &a/e(a #a

.

*%e e3ec%&a a f%+!o

/ai3o

o circuito 1O%41%5641%

cai3a %ma pea em o%&ra+&esB e +!o co(oca a pea!o #a pea



CIRCUITOS DIGITAIS




4&press=es 7ooleanas o

To#o o circ%i&o (gico epe(a i+&er(iga!o #as por&as (gi

Assim, po#ese o/&er a

7asta fazer o equaciona

!ig. %" Circ

4&erc;cios de fi&ao

@B De&ermi+e as e3press

!ig. %15 Circuito l3gico 1.

!ig. %$ Circuito l3gico $.

CIRCUITOS DIGITAIS


tidas de Circuitos >3gicos

ec%&a %ma f%+!o /oo(ea+a e, por mais compas /sicas

3press!o /oo(ea+a *%e . e3ec%&a#a por %m circ

mento das fun=es de cada porta l3gica e&isten

uito l3gico e sua funo 7ooleana

es (gicas #os circ%i&os #as fig%ras a/ai3o4

23

(e3o *%e seja, . forma#o

%i&o (gico *%a(*%er

te no circuito



CIRCUITOS DIGITAIS


Pr&ica #e La/ora&rio 1

6 que um n;vel l3gico.

=')e( (gico a(&o o% 1

=')e( (gico /ai3o o% 8

Tra&ase #e %m +')e( #e &e+s!o, o *%e . represe+&a#o es*%ema&icame+&e por 8 e 1, +a pra&ica se

&or+a %m )a(or #e &e+s!o

Co+si#eramos ai+#a *%e +')e( (gico /ai3o0eroB po#e )ariar #e 8 a 8,H, e +')e( (gico a(&o po#e

)ariar #epe+#e+#o #o &ipo #e CI 9,H a H, o% 11 a 15

Se &ra/a("armos com a fam'(ia (gica #e CIs TTL, o% fam'(ia 9, os +')eis #e &e+s!o ficam +a

maioria #as ap(ica2es ficam e+&re 8 e H

Ao &ra/a("armos com a fam'(ia #e CIs C-OS, fam'(ia 98, os +')eis #e &e+s!o ficam +a maioria

#as ap(ica2es e+&re 8 e 15

6 que um C /circuito integrado9.

Em e(e&rM+ica, %m circ%i&o i+&egra#o &am/.m co+"eci#o como CI, microcomp%&a#or,

microc"ip, c"ip #e si('cio, c"ip o% c"ipeB . %m circ%i&o e(e&rM+ico mi+ia&%ri0a#o compos&o

pri+cipa(me+&e por #isposi&i)os semico+#%&oresB

Numerao dos terminais.

Os &ermi+ais sempre s!o or#e+a#os #a seg%i+&e forma4

Vamos utilizar um CI denominado 74LS00, que faz parte da famlia TTL.



CIRCUITOS DIGITAIS


Vamos montar o circuito.

Em primeiro (%gar #e)ese (igar os pi+os #e a(ime+&a!o #o CI, por *%e e(es +!o es&!oco+&emp(a#os +os es*%ema e(e&rM+ico

Em seg%+#o (%gar %ma e3p(ica!o rpi#a so/re LED



CIRCUITOS DIGITAIS


Pr&ica #e La/ora&rio 5

Monte o circuito e faa a tabela verdade e expresso booleana.

TA;ELA ERDADE

A 7 8

Pr&ica #e La/ora&rio KMonte o circuito e faa a tabela verdade e expresso booleana.



CIRCUITOS DIGITAIS


Pr&ica #e La/ora&rio 9Monte o circuito e faa a tabela verdade e expresso booleana.

Pr&ica #e La/ora&rio HMonte o circuito e faa a tabela verdade e expresso booleana.

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