Automacao Industrial Eletronica Digital

8/15/2019 Automacao Industrial Eletronica Digital

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Governador

Vice Governador

Secretária da Educação

Secretário Adjunto

Secretário Executivo

Assessora Institucional do Gabinete da Seduc

Coordenadora da Educação Profissional – SEDUC

Cid Ferreira Gomes

Domingos Gomes de Aguiar Filho

Maria Izolda Cela de Arruda Coelho

Maurício Holanda Maia

Antônio Idilvan de Lima Alencar

Cristiane Carvalho Holanda

Andréa Araújo Rocha





Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional

Automação Industrial – Eletrônica Digital 1

Índice

Capitulo 1 – Funções Lógicas 2Capitulo 2 – Interligação entre expressões, Circuitos e Tabela Verdade 10Capitulo 3 – Circuitos Comerciais Básicos 16Capitulo 4 – Flip-Floap 21Capitulo 5 – Multivibradores 27Capitulo 6 – Registradores de Deslocamento 32Capitulo 7 – Contadores 35Capitulo 8 – Contadores Para Circuitos Temporizados 42Capitulo 9 – Experiências 44

Bibliografia 49





Capitulo 1

Funções Lógicas

IntroduçãoNo início da era eletrônica, todos os problemas eram resolvidos por sistemas analógicos,

também conhecidos por sistemas lineares, onde uma quantidade é representada por um sinalelétrico proporcional ao valor da grandeza medida. As quantidades analógicas podem variar emuma faixa contínua de valores.

Com o avanço da tecnologia, esses mesmos problemas começaram a ser solucionadosatravés da eletrônica digital, onde uma quantidade é representada por um arranjo de símboloschamados dígitos. Este ramo da eletrônica emprega em suas máquinas, tais como:computadores, calculadoras, sistemas de controle e automação, codificadores,

decodificadores, entre outros, apenas um pequeno grupo de circuitos lógicos básicos (querealizam funções lógicas), que são conhecidos como portas OU, E, NÃO e flip-flop.Então, um circuito digital emprega um conjunto de funções lógicas, onde função é a

relação existente entre as variável independente e a variável dependente (função) assim comoaprendemos na matemática. Para cada valor possível da variável independente determina-se ovalor da função.

O conjunto de valores que uma variável pode assumir depende das restrições ouespecificações do problema a ser resolvido. Esta variável é, normalmente, conhecida comovariável independente.

Para o momento, nosso interesse está no comportamento de um sistema lógico como o

descrito por George Boole em meados do século passado. Nestes sistemas as variáveisindependentes são conhecidas como variáveis lógicas e as funções, como funções lógicas(variável lógica dependente). As variáveis lógicas (dependentes ou independentes) possuem asseguintes características:

- Pode assumir somente um de dois valores possíveis;- Os seus valores são expressos por afirmações declarativas, ou seja, cada valor está

associado a um significado;- Os dois valores possíveis das variáveis são mutuamente exclusivos.Uma variável lógica A pode assumir um valor verdadeiro (A=V) ou o valor falso

(A=F). Em geral, usa-se uma faixa de tensão em volts compatível com os circuitos digitaisutilizados para representar o valor falso ou verdadeiro de uma variável lógica.Lógica Positiva: A tensão mais positiva representa o valor V (1) e a mais negativa o valor

F(0).Lógica Negativa: O valor V é representado pela tensão mais negativa (1) e F pela tensão

mais positiva (0).Lógica Mista: No mesmo sistema, usam-se as lógicas positiva e negativa.

Funções Lógicas Básicas

O passo seguinte na evolução dos sistemas digitais foi a implementação dos sistemaslógicos (funções lógicas Booleanas), utilizando-se dispositivos eletrônicos (circuitos digitais),obtendo-se assim, rapidez na solução dos problemas (descritos pela álgebra de Boole). Nos





circuitos digitais tem-se somente dois níveis de tensão, que apresentam correspondência comos possíveis valores das variáveis lógicas. Exemplo: lógica TTL (“Transistor Transistor Logic”)

Lógica Positiva: 0 V → 0 lógico +5 V → 1 lógico.Um sistema lógico pode ser implementado utilizando-se funções lógicas básicas. Pode-

se citar: NÃO (NOT), E (AND), OU (OR), NÃO-E (NAND), NÃO-OU (NOR), OU EXCLUSIVO(XOR) e flip-flop. Vamos conhecê-las...

Função Lógica NÃO (NOT)É normalmente denominado de inversor, pois se a entrada tem um valor a saída

apresentará o outro valor possível.Símbolo: A Simbologia representa um conjunto de circuitos eletrônicos que implementa

a função lógica correspondente. A Porta Lógica Inversora é representada pelo seguintesímbolo:

Y=Variável dependenteA=Variável independente

Tabela da Verdade: É uma tabela que mostra todas as possíveis combinações deentrada e saída de um circuito lógico.

(esta equação representa a função lógica correspondente)

Função Lógica E (AND)A função lógica “AND” de duas entradas realiza a seguinte operação de dependência.

Y = f(A,B) = A.B = B.A (produto lógico)

Símbolo:

Tabela da Verdade:A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1





Exemplo:

Convenção:CH A aberta = 0CH A fechada = 1CH B aberta = 0CH B fechada = 1Lâmpada apagada = 0

Lâmpada acesa = 1

Se analisarmos todas as situações possíveis das chaves verifica-se que a lâmpadaacende somente quando as chaves A e B estiverem fechadas (assume 1 somente quandotodas as entrada forem 1).

Função lógica AND com mais de duas variáveis de entrada.

Y = A.B.C = B.A.C = C.A.B = (A.B).C = A.(B.C)Comutatividade Associatividade (propriedades aritméticas...)

Símbolo representativo:

Tabela da Verdade

(3 var. → 23 combinações)A B C Y0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1





Se tivermos N entradas teremos:

A tabela da verdade terá 2N combinações na entrada e Y será 1 somente quando todasas entradas forem 1.

Função Lógica OU (OR)A função lógica OR de duas variáveis realiza a seguinte operação de dependência:

Y = f(A,B) = A+B (soma lógica)Símbolo:

Tabela da Verdade:A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 1

Exemplo:

Utiliza-se as mesmas convenções adotadas para a porta AND. Ao analisar-se todas assituações que as chaves podem assumir verifica-se que a lâmpada acende quando CH A OUCH B OU ambas estiverem ligadas (a saída assume 0 somente quando todas as entradasforem 0).

Função lógica OR de mais de duas variáveis de entrada

Y = A+B+C = C+B+A = B+C+A = A+(B+C) = (A+B)+CComutatividade Associatividade





Símbolo:

Tabela da Verdade:A B C Y0 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 11 0 0 1

1 0 1 11 1 0 11 1 1 1

Se tivermos N entradas, teremos:

Função Lógica NÃO E (NAND)Como o próprio nome diz esta função é uma combinação das funções AND e

INVERSOR, onde é realizada a função E invertida.

Y = f(A,B) =

Tabela da Verdade:A B Y

0 0 10 1 11 0 11 1 0

Símbolo:





Função Lógica NÃO OU (NOR)Como o próprio nome diz esta função é uma combinação das funções OR e

INVERSOR, onde é realizada a função OU invertida.

Y = f(A,B) =Tabela da Verdade:

A B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0

Símbolo:

Exercícios:1. Representar portas NOR e NAND com mais de duas entradas (símbolo, função e

tabela da verdade).2. Pesquisar sobre a porta OU-EXCLUSIVO.3. Pesquisar sobre a porta COINCIDÊNCIA.

Tabela resumo das Portas (blocos) lógicas básicas:

BLOCOS LOGICOS BÁSICOSPORTA Símbolo Usual Tabela da

VerdadeFunção Lógica Expressão

E

END

A B S0 0 00 1 0

1 0 01 1 1

Função E:Assume 1,quando todas asvariáveis forem 1

e 0 nos outroscasos

S= A.B

OU

OR

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

Função E:Assume 0,quando todas asvariáveis forem 0e 1 nos outroscasos

S=A+B

NÃO

NOT

A S

0 11 0

Função NÃO:Inverte a variável

Aplicada a suaentrada





NE

NAND

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

Função NE:Inverso da funçãoE

NOU

NOR

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 0

Função NOU:Inverso da FunçãoOU

OUexclusivo

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 0

Função OUexclusivo:Assume 1 quandoas variáveisassumiremvalores diferentesentre si

Coincidência

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 1

FunçãoCoincidência ouBicondicional:Assume 1 quandohouvercoincidência entreos valores dasvariáveis





Capitulo 2

Interligação entre Expressões, Circuitos e Tabela da Verdade

Todo circuito lógico, por mais complexo que seja, é formado pela combinação de portas

lógicas básicas.

Expressões Booleanas Obtidas de Circuitos LógicosTodo o circuito lógico executa uma função booleana e, por mais complexo que seja, é

formado pela interligação das portas lógicas básicas. Assim, pode-se obter a expressãobooleana que é executada por um circuito lógico qualquer.

Para exemplificar, será obtida a expressão que o circuito da abaixo executa.

Para facilitar, analisa-se cada porta lógica separadamente, observando a expressãobooleana que cada uma realiza, conforme ilustra o exemplo da Fig. 2.17.

O exemplo da figura a seguir visa evidenciar um símbolo de negação muito utilizadoe que muitas vezes é esquecido e não considerado. Ele pode ser utilizado na saída de umaporta lógica (o-----), como na porta NÃO E abaixo, e na entrada de algumas portas, como serávisto mais adiante (-----o).

Circuitos Lógicos Obtidos de Expressões BooleanasSerá visto neste tópico que é possível desenhar um circuito lógico que executa uma

função booleana qualquer, ou seja, pode-se desenhar um circuito a partir de sua expressãocaracterística.

O método para a resolução consiste em se identificar as portas lógicas na expressão edesenhá-las com as respectivas ligações, a partir das variáveis de entrada. Deve-se semprerespeitar a hierarquia das funções da aritmética elementar, ou seja, a solução inicia-se

primeiramente pelos parênteses.





Para exemplificar, será obtido o circuito que executa a expressão S=(A+B).C.(B+D).Para o primeiro parêntese tem-se uma soma booleana A+B, logo o circuito que o executa seráuma porta OU. Para o segundo, tem-se outra soma booleana B+D, logo o circuito será umaporta OU. Posteriormente tem-se a multiplicação booleana de dois parênteses juntamente com

a variável C, sendo o circuito que executa esta multiplicação uma porta E. Para finalizar, unem-se as respectivas ligações obtendo o circuito completo.

Primeiro Passo Segundo Passo Terceiro Passo

Exercícios.Esboce os circuitos obtidos a partir das seguintes expressões:

1. S =

2. S = (A + B +C ) .

3. S = . C .(A +C ).

4. S = + (B .D .(A + (B .D )))

Tabelas da Verdade obtidas de Expressões BooleanasUma maneira de se fazer o estudo de uma função booleana é a utilização da tabela da

verdade. Para extrair a tabela da verdade de uma expressão deve-se seguir algunsprocedimentos:

1º) Montar o quadro de possibilidades;2º) Montar colunas para os vários membros da equação;3º) Preencher estas colunas com os seus resultados;4º) Montar uma coluna para o resultado final e5º) Preencher esta coluna com os resultados finais.

Para exemplificar este processo, utiliza-se a expressão:

A expressão contém 4 variáveis: A, B, C e D, logo, existem 24=16 possibilidades decombinação de entrada. Desta forma, monta-se o quadro de possibilidades com 4 variáveis deentrada, três colunas auxiliares, sendo uma para cada membro da expressão, e uma colunapara o resultado final.





Variáveis de Entrada1º

Membro2º

Membro3º

MembroResultado

FinalA B C D A.B.C A.D A.B.D

0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 00 0 1 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 1 10 1 1 0 0 0 0 00 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 1 0 11 0 0 1 0 0 0 01 0 1 0 1 1 0 11 0 1 1 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 11 1 0 1 0 0 0 01 1 1 0 0 1 0 11 1 1 1 0 0 0 0

Expressões Booleanas Obtidas de Tabelas da VerdadeNeste item, será estudada a forma de obter expressões e circuitos a partir de tabelas da

verdade, sendo este o caso mais comum de projetos práticos, pois, geralmente, necessita-se

representar situações através de tabelas da verdade e a partir destas, obter a expressãobooleana e consequentemente, o circuito lógico.Para demonstrar este procedimento, será obtida a expressão da seguinte tabela:

A B C S

0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 1(a)1 0 0 01 0 1 1(b)

1 1 0 1(c)1 1 1 1(d)

Na tabela, analisa-se onde S=1 e monta-se a expressão adequada.

Em (a). S=1 se S= Em (b) S= 1 se S= Em (c) S= 1 se S=

Em (d) S=1 se S=

Para se obter a expressão basta realizar a soma booleana de cada termo acima:





Nota-se que o método permite obter, de qualquer tabela, uma expressão padrãoformada sempre pela soma de produtos. Utilizando a álgebra de Boole e também mapas deKarnaught é possível realizar a simplificação de expressões de funções lógicas, possibilitandoa obtenção de circuitos reduzidos e portanto mais baratos. Estas técnicas não fazem parte de

nosso objetivo, mas é interessante conhecê-las através de uma bibliografia adicional.

Equivalência Entre Blocos LógicosAs portas lógicas podem ser montadas de forma que possam realizar as mesmas

tarefas, ou seja, ter as saídas funcionando de maneira igual a uma outra já conhecida. Estasequivalências são muito importantes na prática, ou seja, na montagem de sistemas digitais,pois possibilitam maior otimização na utilização dose circuitos integrados comerciais,assegurando principalmente a redução de componentes e a consequente minimização do custodo sistema.

Bloco Lógico Bloco Equivalente

Todos os Blocos lógicos e expressões podem ser verificadas utilizando-se a tabela daverdade.

Exercícios de FixaçãoDetermine as expressões das funções lógicas dos circuitos abaixo:

a)





b)

c)

d)

2) Desenhe o circuito que executa as seguintes expressões:

a)

b)

c)

3) Levante a tabela verdade das seguintes expressões:

a)

b)4 ) Escreva a expressão característica do circuito abaixo e levante respectiva tabela verdade:





5 )Determine a expressão booleana a partir das seguintes tabelas:a) Tabela 1

b) Tabela 2

6 ) Desenhe o sinal de saída do circuito abaixo:

7 ) Mostre que o circuito abaixo é um OU exclusivo:





8 ) Mostre que o circuito é um circuito Coincidência:

9 ) Prove que:

10 ) Levante a tabela verdade e esquematize o circuito que executa a seguinte expressão:

11 ) Esquematize o circuito coincidência usando apenas porta NOU12 ) Esquematize o circuito OU exclusivo utilizando somente 4 portas NE

13 ) Esquematize o circuito coincidência utilizando apenas 4 portas NOU14 ) Levantar a Tabela verdade e a partir desta, desenhe o circuito somente com portas NE





Capitulo 3

Circuitos Comerciais Básicos

Sabe-se que todos os circuitos digitais, por mais complexos que sejam, são obtidos

através de portas lógicas. As portas lógicas, por sua vez, não são encontradas comercialmentede uma forma discreta (como os resistores) e sim encapsuladas em Circuitos Integrado – CI´S,que serão melhor explorados nas aulas de Instrumentação.

TODO circuito integrado possui um conjunto de contatos externos, denominados “pinos”

(leads ou ainda, terminais), cada qual com sua função específica. São numerados a partir donúmero “1” no sentido anti-horário. O pino “1” é identificado olhando-se o CI pela parte superior,conforme mostra a Figura 1.TODO circuito integrado possui um manual no qual a função decada um de seus pinos está descrita. Os CI´s que implementam funções lógicas podem possuiruma ou mais portas, geralmente todas de uma mesma função.

Figura 1 - Vista superior, em diferentes posições, da pinagem de um CI e suasdiferentes formas de indicação. a) CI de 20 pinos com pino “1” identificado por “chanfro”; b) CI

de 16 pinos orientado em outra direção; c) CI de 24 pinos com “traço” de identificação do pino“1” (repare que a contagem dos pinos continua sendo realizada no sentido anti-horário); d) CIde 14 pinos com pino “1” identificado por um “ponto”;

Deve-se tomar todo o cuidado possível no manuseio de circuitos integrados, pois osmesmos podem vir a ser facilmente danificados através das DESCARGAS ELETROSTÁTICASACUMULADAS quando tocamos seus terminais. Portanto, jamais deve-se tocar os pinos de umCI, ou as pistas de uma placa de circuito impresso sem a proteção adequada para o desviodestas descargas.

Abaixo vocês podem observar algum CI´s comercialmente disponíveis. Identifique qual afunção desempenhada por cada CI.









Exercício:Considerando os CIs comerciais vistos no item anterior, realize o projeto (o diagrama

com os CIs utilizados) e obtenha a expressão e tabela verdade para o circuito digital abaixo:





Exercícios Desafio:1) A tabela verdade de um subtrator de 1 bit é indicada abaixo:

A B D BL0 0 0 0

0 1 1 11 0 1 01 1 0 0

A e B são os bits a serem subtraídos, D é a diferença entre eles e BL indica o Borrow (o“vem 1”, análogo ao carry do somador). Projete um circuito para executar a diferença entre asentradas A e B e descreva sua função lógica.

2) Considere o circuito abaixo. Desenhe a forma de onda das saídas do circuito para asentradas indicadas no diagrama de sinal abaixo. Considere um delay de 5 unidades de tempopara cada gate (PORTA) básico (observe o delay do XNOR – toda a porta possui algum...)





3) Considere o circuito abaixo. No tempo t0 a chave é fechada e no tempo t1, aberta.Desenhe a forma de onda dos pontos internos B e C e da saída do circuito. Assuma que odelay de cada gate é de uma unidade de tempo.





Capitulo 4

Flip-Flops

CaracterísticasA saída depende do valor das entradas e/ou dos estados armazenados;Operam sob o comando de pulsos de clock;

Possuem 2 estados estáveis e complementares (Q e );Mantém armazenado (memorizado) o valor na saída até ser ativado, podendo mudar seuestado em função dos valores na entrada.

Flip-flop RS Básico

S R QA QF0 0 0 0 - estável QA0 0 1 1 - estável

0 1 0 0 - estável 00 1 1 0 - instável1 0 0 1 - instável 11 0 1 1 - estável1 1 0 1 - instável (não permitido)1 1 1 1 - instável (não permitido)

S R QF0 0 QA0 1 01 0 11 1 não perm.





Flip-flop RS comandado por pulso de clock

Para Clock = 0 ? a saída Q do flip-flop mantém seu estado armazenado;Para Clock = 1 ? o flip-flop responde conforme os níveis lógicos das entradas.

O latch responde em nível (0 ou 1) e o flip- flop responde em transição (subida oudescida).

Se o circuito de controle detecta: - transição ? Clock (Ck)- nível ? Enable (En)

Exemplo de Diagrama de Tempo de um Flip-flop RS ativado na subida do Clock





Flip-flop JKObjetivo: evitar a saída Q com situação não permitida.

J K QA QA S R QF0 0 0 1 0 0 0 QA0 0 1 0 0 0 10 1 0 1 0 0 0 00 1 1 0 0 1 01 0 0 1 1 0 1 11 0 1 0 0 0 11 1 0 1 1 0 1 QA1 1 1 0 0 1 0

J K QF0 0 QA0 1 01 0 1

1 1

Circuito análogo do Flip-flop JK (com portas lógicas Não-E)





Característica inconveniente no funcionamento do circuito:Para J e K = 1, ocorrem constantes oscilações (mudanças de estado) na saída Q, em

função das duplas realimentações.

Possíveis soluções:Forçar o clock para zero num tempo conveniente após a aplicação dos níveis lógicos

nas entradas J e K (deve levar em conta o atraso na propagação de cada porta lógica);Inserir blocos (portas lógicas) de atraso em série com as linhas de realimentação e

comutar a entrada clock da mesma forma.

Flip-flop JK Mestre -EscravoObjetivo: evitar as constantes oscilações na saída Q quando as entradas J e K = 1.

Sequência de funcionamento:Para clock = 1: ocorre a passagem dos níveis lógicos J e K do Mestre;

não passagem de Q1 e Q1 , porque o clock do escravo é zero.Para clock = 0: Q1 e Q1 estavam bloqueadas com o último estado assumido;

passagem das entradas R e S (escravo), mudando as saídas Q e Q.Conclusão: o circuito só reconhece as entradas J e K quando o clock passa de 1 para

zero.





Flip-flop JK Mestre -Escravo com entradas Preset e Clear

Clr Pr QF

0 0 Não permitido0 1 01 0 11 1 Func. normal

Flip-flop tipo T

J K T QF T QF0 0 0 QA 0 QA

0 1 11 0

1 1 1





Flip-flop tipo D

J K D QF D QF0 0 0 00 1 0 0 1 11 0 1 11 1





Capitulo 5

MultivibradoresOs multivibradores dividem-se em: monoestável, astável e biestável (flip- flop).

Multivibrador monoestávelÉ semelhante ao flip- flop, porém, é instável num de seus estados, voltando à

configuração estável sem necessidade de sinal externo. A transição de instável para estável,produzindo um sinal de tempo determinado após o "trigger" externo, é usada para aplicaçõesde circuito de atraso.





Multivibrador astávelÉ um mero oscilador, apresentando instabilidade nos dois estados (Set e Reset). O

tempo de oscilação é controlado pela escolha de R e C.

O Circuito Integrado 555

O CI 555 é classificado como integrado linear, funcionando com alimentação entre 4 e18 Volts, possui boa estabilidade e baixo custo. É utilizado frequentemente como temporizador(operação monoestável) ou oscilador (operação astável). É composto por dois comparadoresde nível de tensão, um flip-flop, um transistor de descarga e um estágio de potência. Seuspinos têm as seguintes funções, destacadas na tabela abaixo.

Pinos Funções1 - alimentação (terra)2 - entrada de disparo

3 - saída dos sinais: pode fornecer até 200 mA4 - entrada de reciclagem: em nível baixo, bloqueia o funcionamento do integrado5 - tensão de controle: varia a frequência de saída, de acordo com a tensão a ele aplicada6 - sensor de nível7 - descarga8 - alimentação (+Vcc)

FuncionamentoOperação Monoestável

Cada vez que se leva a massa à entrada de disparo, há o funcionamento comomonoestável, gerando um pulso na saída, cuja duração depende de R e C, dada pelaexpressão:

T = 1,1 . R . CO valor mínimo de R é 1 K? e o máximo não deve exceder 1 M? . O valor de C não tem

limite.Porém, devido às correntes de fuga, convém não exceder 1.000 ? F.





Operação AstávelO CI age como oscilador, gerando ondas digitais em sua saída, cujo período depende de

Ra, Rb e C.

- Período em nível alto: Ta = 0,7 (Ra + Rb) . C- Período em nível baixo: Tb = 0,7 . Rb . C- Período total: T = 0,7 (Ra + 2.Rb) . CQuando se desejar períodos de alta e baixa exatamente iguais: T = 1,4 . R . C

CI 555 em configuração monoestável. Ao se ligar à massa o pino 2, através de Ch1,ocorre a formação do pulso na saída, cuja duração depende dos valores de R e C. O pino 4deve estar ligado a Vcc para evitar disparos por ruídos espúrios. Costuma-se acoplar o pino 5 àmassa, através de um capacitor de 10 nF, quando este pino não é usado para variar a tensãode referência nos comparadores.





CI 555 em configuração astável (oscilador). O tempo de carga é dado por C e (Ra+Rb) ea descarga por C e Rb.





Schmitt TriggerÉ também conhecido como disparador ou limitador Schmitt. Trata-se de um circuito

biestável, cujo circuito possui a propriedade de mudar de estado segundo níveis bem definidosde tensão de entrada. Ou seja, a entrada só reconhece como nível lógico 1 uma tensão maior

do que um valor especificado (tensão de transição positiva V+), e só reconhece como nívellógico 0 uma tensão menor do que um valor especificado (tensão de transição negativa V-).

Os gráficos abaixo demonstram que o Schmitt Trigger possui a propriedade de quadrarou retangular a forma de onda da tensão de entrada. Os valores típicos (TTL) são: V+ = 1,7 V eV- = 0,9 V.

Exemplos de CIs Schmitt Trigger7414 e 40106 - 6 portas inversoras4093 - 4 portas Não-E de 2 entradas





Capitulo 6

Registradores de Deslocamento

IntroduçãoInformação paralela

Todos os bits se apresentam simultaneamente. Necessita de tantos fios quantos foremos bits. Exemplo: impressora.

Informação sérieOs bits vêm sequencialmente um após o outro. Necessita de apenas um fio. Exemplo:

modem.

Conversor série-paralelo

Conversor paralelo-série





Se Enable=0 ? Preset(PR) dos flip- flops são iguais a 1 e atuam no rmal;Se Enable=1 ? Preset(PR) dos flip-flops terão valores complementares às entradas PR3,

PR2, PR1, PR0 e, portanto, as saídas assumirão os valores destes terminais.

Exemplo: Se PR3 = 0 ? Pr=1 ? Q3 mantém seu estado;Se PR3 = 1 ? Pr=0 ? Q3 = 1.

Entrada paralela da informação:Se limparmos o registrador (Clear=0) e introduzirmos a informação paralela através dos

terminais PR, então, as saídas Q dos flip-flops assumirão estes valores.

Saída série da informação:Para Clear=0, a cada descida do Clock, Q0 irá assumir os valores, sequencialmente, de

Q0, Q1, Q2 e Q3.

Registrador de Entrada Série e Saída SérieApós a entrada da informação, inibe-se o clock. A informação permanece no Registrador

até novo clock (funciona como memória).Entrada de informação série: através da entrada série;Saída da informação: em Q0

Registrador de Entrada Paralela e Saída ParalelaEntrada de informação: através dos terminais Preset e Clear;

Saída da informação: inibindo o clock, as saídas são obtidas pelos terminais Q3, Q2, Q1e Q0.

Registrador de Deslocamento usado como Divisor por 2 (shift right)

Entra-se com zero na Entrada Série e, através do clock, desloca-se uma casa à direita.Exemplo: 1010(2) = 10(10) ? 0101(2) = 5(10)





Registrador de Deslocamento usado como Multiplicador por 2 (shift left)

Desloca-se uma casa à esquerda através do clock e força-se Q0 = 0.Exemplo: 0001(2) = 1(10) ? 0010(2) = 2(10)





Capitulo 7

Contadores

CaracterísticasVariam os seus estados, sob comando de pulsos de clock, de acordo com uma

sequência prédeterminada;São usados para contagens, divisores de frequência, geradores de forma de onda,

conversores analógico-digitais, etc;Classificam-se em contadores: assíncronos e síncronos.

Contadores AssíncronosNão têm clocks comuns;

O clock é efetivado no primeiro flip- flop. O clock no flip- flop seguinte é obtido a partir da saídado flip- flop anterior. E assim, segue sucessivamente esta lógica para os demais flip-flops.

Contador de PulsosApresenta na saída a sequência de contagem do código binário.

Inicialmente, supõem-se as saídas zeradas. Aplica-se um pulso de clock no primeiro flip-

flop, cuja mudança de estado na saída ocorrerá na descida do clock. O flip-flop seguintemudará o nível lógico na saída sempre que ocorrer a mudança (descida do clock) de nívellógico no flip-flop anterior. O diagrama de tempo abaixo ilustra melhor a sequência defuncionamento do contador. Após o 160 pulso de clock, o contador irá reiniciar a contagem.Observa-se que este circuito possui também a característica de divisor de frequência.





Contador Assíncrono de Décadas

Para contar de 0 a 9: somente quando as saídas apresentarem Q3Q2Q1Q0 = 1010 (2) =

10 (10)A lógica auxiliar (porta Não-E) zera todas as saídas e o contador reinicia a contagem.

Contador Assíncrono DecrescenteO circuito que efetua a contagem decrescente se diferencia da contagem crescente

apenas pela forma de obtenção dos clocks dos flip- flops: a partir das saídas complementares.Um outro circuito com mesmo resultado pode ser obtido quando as saídas do contador sãoextraídas das saídas complementares dos flip- flops. O diagrama de tempo a seguir demonstraa sequência de contagem.









Contador Assíncrono Crescente e DecrescenteVariável de controle: X = 1 ? contagem crescente

X = 0 ? contagem decrescente

Contadores SíncronosOs clocks são simultâneos em todos os flip- flops;Para haver mudança de estado lógico: estuda-se as entradas J e K dos flip-flops e

obtém-se as saídas desejadas;Escreve-se a tabela de transição analisando quais devem ser as entradas J e K dos flip-

flops, para que assumam o estado seguinte desejado.

J K QF QA QF J K0 0 QA 0 0 0 X

0 1 0 0 1 1 X1 0 1 1 0 X 11 1 1 1 X 0





Contador Síncrono Binárioa) Estuda-se as entradas J e K que irão definir os estados lógicos nas saídas dos flip- flops.

Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0

0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 10 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 10 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 10 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 11 0 0 0 X 0 0 X 0 X 1 X

1 0 0 1 X 0 0 X 1 X X 11 0 1 0 X 0 0 X X 0 1 X1 0 1 1 X 0 1 X X 1 X 11 1 0 0 X 0 X 0 0 X 1 X1 1 0 1 X 0 X 0 1 X X 11 1 1 0 X 0 X 0 X 0 1 X1 1 1 1 X 1 X 1 X 1 X 1

b) Obtém-se as expressões simplificadas das entradas J e K dos flip-flops, utilizando-se osdiagramas de Veitch-Karnaugh.

J3 = Q2.Q1.Q0 K3 = Q2.Q1.Q0J2 = Q1.Q0 K2 = Q1.Q0J1 = Q0 K1 = Q0J0 = 1 K0 = 1

c) Desenha-se o circuito do contador a partir das expressões obtidas.





Contador Síncrono de DécadasQ3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K00 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1

0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 10 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 10 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 11 0 0 0 X 0 0 X 0 X 1 X1 0 0 1 X 1 0 X 0 X X 1

J3 = Q2.Q1.Q0 K3 = Q0J2 = Q1.Q0 K2 = Q1.Q0

J1 ? Q0. K1 = Q0J0 = 1 K0 = 1





Contador Síncrono Crescente/DecrescenteX Q2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J0 K00 0 0 0 0 X 0 X 1 X0 0 0 1 0 X 1 X X 1

0 0 1 0 0 X X 0 1 X0 0 1 1 1 X X 1 X 10 1 0 0 X 0 0 X 1 X0 1 0 1 X 0 1 X X 10 1 1 0 X 0 X 0 1 X0 1 1 1 X 1 X 1 X 11 1 1 1 X 0 X 0 X 11 1 1 0 X 0 X 1 1 X1 1 0 1 X 0 0 X X 1

1 1 0 0 X 1 1 X 1 X1 0 1 1 0 X X 0 X 11 0 1 0 0 X X 1 1 X1 0 0 1 0 X 0 X X 11 0 0 0 1 X 1 X 1 X

J2 ? X. ? .Q1.Q0 K2 ? X. ? .Q1.Q0J1 = X? Q0 K1 = X? Q0J0 = 1 K0 = 1





Capitulo 8

Contadores Para Circuitos Temporizados

Contador de 0 a 59Para contagem de minutos e segundos: ciclo igual a 60.

Formas de obtenção:a) um contador assíncrono ou síncrono de contagem 0 a 59.b) dois contadores assíncronos ou síncronos: um para dezena (0 a 5) e outro para

unidade (0 a 9)

Contador de 1 a 12Para contagem de horas: ciclo de 1 a 12.

Mais usado é o contador síncrono, pois permite o início da contagem pelo estado 1.

Contador de 0 a 23Para contagem de horas: ciclo igual a 24.

Formas de obtenção:c) um contador assíncrono ou síncrono de contagem 0 a 23.d) dois contadores assíncronos ou síncronos: um para dezena (0 a 2) e outro para

unidade (0 a 9)

Diagrama de blocos de um Relógio Digital Básico

Contadores Integrados





Contador 7490R0(1) R0(2) RG(1) RG(2) QD QC QB QA

1 1 0 X 0 0 0 01 1 X 0 0 0 0 0

X X 1 1 1 0 0 1X 0 X 0 Contagem0 X 0 X Contagem0 X X 0 ContagemX 0 0 X Contagem

Contador 74190

Contagem CP D0-D1-D2-D3 Crescente 1 0 0 ? 0

Decrescente 1 1 0 ? 0





Capitulo 9

Experiências

EXPERIÊNCIA 1 - FLIP-FLOPS1. Identifique a pinagem dos circuitos integrados e monte em matriz de contatos os seguintescircuitos digitais:

1.1 - Flip-flop RS com clock, usando portas lógicas Não-E (7400);

1.2 - Flip-flop RS com clock, usando portas lógicas Não-ou (7402);

1.3 - Flip- flop JK com Preset e Clear (7476);

1.4 - Flip- flop tipo T (7476);

1.5 - Flip- flop tipo D (7474).

2. Na sequência, energize os circuitos e simule, via chaves, os valores possíveis para asentradas;

3. Organize e interprete os dados coletados na experimentação. Verifique se os valoresencontrados na saída correspondem à análise teórica do circuito (tabela de transição);





4. Desmonte os circuitos e reponha o equipamento e componentes aos seus lugares;5. Mantenha sempre limpo e organizado o ambiente de experimentação educativa.

EXPERIÊNCIA 2 - MULTIVIBRADORES

1. Identifique a pinagem dos circuitos integrados e monte em matriz de contatos osseguintes circuitos digitais:

1.1 - CI 555 na configuração monoestável;

1.2 - CI 555 na configuração astável;

1.3 - CI Schmitt Trigger com 6 portas lógicas inversoras (7414).


3. Organize e interprete os dados coletados na experimentação. Verifique se os valoresencontradosna saída correspondem à análise teórica do circuito;






EXPERIÊNCIA 3 - REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO1. Identifique a pinagem do circuito integrado e monte em matriz de contatos o seguinte

circuito digital:1.1 - Registrador de Deslocamento de 4 bits (7495)

2. Na sequência, energize o circuito e simule, via chaves, os valores possíveis para asentradas;

3. Organize e interprete os dados coletados na experimentação. Verifique se os valoresencontrados na saída correspondem à análise teórica do circuito;

4. Desmonte o circuito e reponha o equipamento e componentes aos seus lugares;5. Mantenha sempre limpo e organizado o ambiente de experimentação educativa.

EXPERIÊNCIA 4 - CONTADORES ASSÍNCRONOS1. Identifique a pinagem dos circuitos integrados e monte em matriz de contatos os

seguintes circuitos digitais:1.1 - Contador assíncrono crescente de 4 bits (2x7476);

1.2 - Contador assíncrono decrescente de 4 bits (2x7476);





1.3 - Contador assíncrono crescente de décadas (2x7476, 7420).




EXPERIÊNCIA 5 - CONTADORES SÍNCRONOS1. Identifique a pinagem dos circuitos integrados e monte em matriz de contatos o

seguinte circuito digital:1.1 - Contador síncrono crescente de 4 bits (2x7476, 7408);

2. Na sequência, energize o circuito e simule, via chaves, os valores possíveis para asentradas;


4. Desmonte o circuito e reponha o equipamento e componentes aos seus lugares;5. Mantenha sempre limpo e organizado o ambiente de experimentação educativa.





EXPERIÊNCIA 6 - CONTADORES INTEGRADOS1. Identifique a pinagem dos circuitos integrados e monte em matriz de contatos os

seguintes circuitos digitais:1.1 - Contador integrado BCD 0-9 (7490);

1.2 - Contador integrado binário 0-15 (7493);1.3 - Contador integrado crescente/decrescente BCD 0-9-0 (74190);1.4 - Contador integrado crescente/decrescente binário 0-15-0 (74191);1.5 - Contadores integrados BCD 00-99 (7490 e 74190).








Bibliografia

Material Disponibilizado:CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA – CEFET-SC.

Eletrônica Digital 1. São José: [S. d.].ZAPELINI, W. Eletrônica Digital 2: Circuitos Sequenciais. Florianópolis: CEFET-SC, 2001.

Bibliografia do material disponibilizado:BIGNELL, J. W. e DONOVAN, R. L. Eletrônica Digital. Volumes 1 e 2, São Paulo: MakronBooks, 1995CAPUANO, F. e IDOETA, I. Elementos de Eletrônica Digital. São Paulo: Érica, 25.a Edição,1997.CAPUANO, Francisco G. Exercícios de Eletrônica Digital. São Paulo: Érica, 1991.MELO, Mairton de Oliveira. Eletrônica Digital. São Paulo: Makron Books, 1994.MELO, Mairton de Oliveira. Contadores Digitais – Aplicações. Florianópolis: Editora daUFSC, 1985.MALVINO, A. P. e LEACH, D. P.. Eletrônica Digital – Princípios e Aplicações. Volumes 1 e2, São Paulo: McGraw-Hill, 1987.SZAJNBERG, Mordka. Eletrônica Digital. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda,1988.





Hino do Estado do Ceará

Poesia de Thomaz LopesMúsica de Alberto NepomucenoTerra do sol, do amor, terra da luz!Soa o clarim que tua glória conta!Terra, o teu nome a fama aos céus remontaEm clarão que seduz!Nome que brilha esplêndido luzeiroNos fulvos braços de ouro do cruzeiro!

Mudem-se em flor as pedras dos caminhos!Chuvas de prata rolem das estrelas...E despertando, deslumbrada, ao vê-lasRessoa a voz dos ninhos...Há de florar nas rosas e nos cravosRubros o sangue ardente dos escravos.Seja teu verbo a voz do coração,Verbo de paz e amor do Sul ao Norte!Ruja teu peito em luta contra a morte,

Acordando a amplidão.

Peito que deu alívio a quem sofriaE foi o sol iluminando o dia!

Tua jangada afoita enfune o pano!Vento feliz conduza a vela ousada!Que importa que no seu barco seja um nadaNa vastidão do oceano,Se à proa vão heróis e marinheirosE vão no peito corações guerreiros?

Se, nós te amamos, em aventuras e mágoas!Porque esse chão que embebe a água dos riosHá de florar em meses, nos estios

E bosques, pelas águas!Selvas e rios, serras e florestasBrotem no solo em rumorosas festas!

Abra-se ao vento o teu pendão natalSobre as revoltas águas dos teus mares!E desfraldado diga aos céus e aos mares

A vitória imortal!Que foi de sangue, em guerras leais e francas,E foi na paz da cor das hóstias brancas!

Hino Nacional

Ouviram do Ipiranga as margens plácidasDe um povo heróico o brado retumbante,E o sol da liberdade, em raios fúlgidos,Brilhou no céu da pátria nesse instante.

Se o penhor dessa igualdadeConseguimos conquistar com braço forte,Em teu seio, ó liberdade,Desafia o nosso peito a própria morte!

Ó Pátria amada,Idolatrada,Salve! Salve!

Brasil, um sonho intenso, um raio vívidoDe amor e de esperança à terra desce,Se em teu formoso céu, risonho e límpido,

A imagem do Cruzeiro resplandece.

Gigante pela própria natureza,És belo, és forte, impávido colosso,E o teu futuro espelha essa grandeza.

Terra adorada,Entre outras mil,És tu, Brasil,Ó Pátria amada!Dos filhos deste solo és mãe gentil,Pátria amada,Brasil!

Deitado eternamente em berço esplêndido,

Ao som do mar e à luz do céu profundo,Fulguras, ó Brasil, florão da América,Iluminado ao sol do Novo Mundo!

Do que a terra, mais garrida,Teus risonhos, lindos campos têm mais flores;"Nossos bosques têm mais vida","Nossa vida" no teu seio "mais amores."

Ó Pátria amada,Idolatrada,Salve! Salve!

Brasil, de amor eterno seja símboloO lábaro que ostentas estrelado,E diga o verde-louro dessa flâmula- "Paz no futuro e glória no passado."

Mas, se ergues da justiça a clava forte,Verás que um filho teu não foge à luta,Nem teme, quem te adora, a própria morte.

Terra adorada,Entre outras mil,És tu, Brasil,Ó Pátria amada!Dos filhos deste solo és mãe gentil,

Pátria amada, Brasil!



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