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Laboratório de Eletrônica Digital
Portas Lógicas
Universidade Federal do Amazonas (UFAM)Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Eletrônica e Computação (DTEC)
Portas Lógicas
Prof. Francisco JanuárioMestrando em Engenharia Elétrica (UFAM)Bacharel em Engenharia de Telecomunicações (FUCAPI)
JANUARIO, Francisco – Slides das aulas de eletrônica digital,Manaus: UFAM, 2013.
TAUB, Herbert – Circuitos digitais e microprocessadores, SãoPaulo: McGraw-Hill do Brasil, 1984.
TOCCI, Ronald J. – Sistemas digitais: princípios e aplicações, 8.ed.,
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Referências
2Prof. Francisco Januário
TOCCI, Ronald J. – Sistemas digitais: princípios e aplicações, 8.ed.,São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006.
BIGNELL, James W.; DONOVAN, Robert – Eletrônica digital, 5.ed.,São Paulo: Cengage Learning, 2009.
CAPUANO, Francisco G. e IDOETA, Ivan V. Elementos de eletrônicadigital, 13.ed., São Paulo: Érica, 1988.
• São conjunto de circuitos integrados que possuemmesmas características elétricas.
• RTL (Lógica Resistor-Transistor) OBSOLETA• DTL (Lógica Diodo-Transistor) OBSOLETA• TTL (Lógica Transistor-Transistor) MAIS POPULAR
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Famílias Lógicas (1/15)
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• TTL (Lógica Transistor-Transistor) MAIS POPULAR• ECL (Lógica Emissor-Acoplado)• MOS (Semicondutor Oxido de Metal):
• PMOS (Lógica MOSFET de canal-p) OBSOLETA• NMOS (Lógica MOSFET de canal-n)• CMOS (Lógica MOSFET – canais p e n) C.I.
Prof. Francisco Januário
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Famílias Lógicas (2/15)
Porta AND utilizando a tecnologia TTL
4Prof. Francisco Januário
Porta AND utilizando a tecnologia MOSFET
• Níveis Lógicos: O valor lógico “0”, ou nível lógico BAIXO(L), é representado pela faixa de tensão de 0 à 0,8 V. Ovalor lógico “1” , ou nível lógico ALTO (H), é representadopela faixa de tensão de 2 à 5 V.
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VCC = 5 V ±±±± 5% VCC = 5 VENTRADA SAÍDA VIH = tensão mínima para
entrada com nível lógico ALTO
5Prof. Francisco Januário
VIL = 0,8 V
VIH = 2 V
ALTA
BAIXA VOL = 0,4 V
VOH = 2,4 V
ALTA
BAIXA
entrada com nível lógico ALTO
VIL = tensão máxima paraentrada com nível lógicoBAIXO
VOH = tensão mínima parasaída com nível lógico ALTO
VOL = tensão máxima parasaída com nível lógico BAIXO
• Tempo de Propagação: O sinal lógico sofre retardo emsuas passagens de nível lógico.
• TPLH: Tempo de propagação de nível “0” para “1”• TPHL: Tempo de propagação de nível “1” para “0”
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6Prof. Francisco Januário
• Imunidade a Ruído: Capacidade de tolerância a ruídos(sinais espúrios nos níveis de tensão) sem alteração dosníveis lógicos na saída.
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VNH = Margem de ruído(tensão) em nível ALTO
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VNH = VOH(mín) – VIH(mín)
VNL = Margem de ruído(tensão) em nível BAIXO
VNL= VIL(máx) – VOL(máx)
• FAN-IN: Quantidade máxima de portas lógicas que podemser ligadas a entrada. Corrente máxima de entrada de umdispositivo lógico.
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• FAN-OUT: Quantidade máxima de portas lógicas quepodem ser ligadas a saída.
Prof. Francisco Januário
• FAN-OUT (continuação): Por exemplo, uma porta lógicacom fan-out de 20 pode alimentar até 20 entradas lógicaspadrão.
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• Família TTL: derivada da família DTL, possui transistoresbipolares de vários emissores (multiemissores).
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• Subfamílias TTL: 74L, 74F, 74H, 74S, 74LS, 74AS, etc.
Prof. Francisco Januário
• Séries TTL: Os circuitos integrados TTL possuem 2 séries:• 74XX (Série comercial)
• Temperatura: 0 a 70°C• Alimentação: 4,75 à 5,25 V
• 54XX (Série militar)• Temperatura: -55 a 125°C
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• Temperatura: -55 a 125°C• Alimentação: 4,5 à 5,5 V
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• Tensões TTL: Níveis de tensão para versão padrão TTL.
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• Imunidade a ruído: baixo comparado com o CMOS.
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• Fan-out TTL: de modo geral igual a 10.• Atraso de Propagação: Em torno de 10ns. tplh (Low toHigh) e tphl (High to Low)
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• Potência dissipada: 10mW• Vantagens e Desvantagens
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• Família CMOS: estrutura básica formada por umeletrodo de metal conectado a uma camada de óxidoisolante que é depositada sobre um substrato de silício.Os transistores construídos a partir da tecnologia MOS.
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• Séries CMOS: 4000 e 74C
• Tensão de Alimentação CMOS: na faixa de 3V a 15V(4000 e 74C), para a versão HC de 2V a 6V e para HCTde 4,5V a 5,5V. Para as séries de baixa voltagem, a faixaé de 1V a 3,6V para LV e 1,2V a 3,3V, tensão típica devários sistemas atuais.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Famílias Lógicas (13/15)
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vários sistemas atuais.
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• Margem de Ruído: Mais alto que a família TTL (45% deVcc).
• Dissipação de Potência: Extremamente baixo. Para 5Vé de 1nW (série 4000) e de 2,5nW (série 74HC).
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• Fan-out CMOS: 20 para altas frequências e 50 embaixas frequências.
• Velocidade de comutação: extremamente altacomparada com a família TTL.
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• Vantagens e Desvantagens CMOS
• Comparando TTL e CMOS
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Famílias Lógicas (15/15)
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• Comparando TTL e CMOS
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• É o invólucro protetor de um circuito integrado.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Encapsulamento DIP (1/1)
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• Permite simular circuitos lógicos.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)MultiSim (1/1)
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Material para os experimentos
Componentes:7400: CI com 4 Portas Lógicas NAND de 2 entradas7402: CI com 4 Portas Lógicas NOR de 2 entradas7404: CI com 6 Portas Lógicas NOT7408: CI com 4 Portas Lógicas AND de 2 entradas7432: CI com 4 Portas Lógicas OR de 2 entradas
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (1/9)
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7432: CI com 4 Portas Lógicas OR de 2 entradasLEDResistor: 150Ω
Material:Protoboard
Equipamentos:Multímetro
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Experimento 1
1.1. Monte no simulador as portas AND, OR, NOT, NAND eNOR, e construa a Tabela Verdade medindo e anotando osvalores de tensão nas entradas e na saída das portaslógicas.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (2/9)
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lógicas.
1.2. Monte, no protoboard, os circuitos lógicos simulados econstrua a Tabela Verdade, anotando os valores medidospelo multímetro nas entradas e saída do CI.
Obs.: Observe o comportamento do LED e compare com ovalor da saída na Tabela Verdade.
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Experimento 1: Exemplo com a porta AND no simulador.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (3/9)
22Prof. Francisco Januário
Experimento 1: Exemplo com a porta AND no protoboard.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (4/9)
23Prof. Francisco Januário
Experimento 2
2.1. Monte no simulador um circuito lógico, utilizando aporta lógica AND, que faça um LED ficar piscando conformea freqüência de 1 Hz.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (5/9)
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2.2. Monte, no protoboard, o mesmo circuito do item 2.1utilizando CI digital.
Se a freqüência aumentar para 60 Hz o que acontece? Epara 10kHz?
Prof. Francisco Januário
Experimento 2: Simulando.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (6/9)
25Prof. Francisco Januário
Experimento 2: Montando.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (7/9)
26Prof. Francisco Januário
Experimento 3: Construa o circuito lógico abaixo. Monte aTabela Verdade, com valores de níveis de tensão,considerando todas as combinações de entrada.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (8/9)
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Experimento 4: Desenvolva um circuito lógico que avise aosupervisor de produção, através de um sinal luminoso, quandoa linha de produção parou, ao ocorrer uma das seguintessituações:
1) Os insumos acabaram2) Os insumos estão com defeito ou trocados
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Experimentos (9/9)
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2) Os insumos estão com defeito ou trocados3) Horário de almoço4) Terminou o turno de trabalho
O circuito deve informar (outro sinal luminoso) que a linhaparou E a causa foi problema de insumo. Considere que o nívellógico “1” equivale a tensão de +5V e que o nível “0” é igual a0V.
Prof. Francisco Januário
1) Os blocos básicos de circuitos lógico se comportaramconforme a Lógica Matemática? Explique.
2) Monte as expressões lógicas de cada experimento ecompare com a Tabela Verdade, descrevendo ocomportamento do circuito simulado e/ou montado.
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)Relatório
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comportamento do circuito simulado e/ou montado.
3) Adicione ao experimento os DATASHEET’s informandotensão de alimentação e faixa de operação do CI, comopor exemplo, temperatura.
Prof. Francisco Januário
Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)DATASHEET (1/2)
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Lab. Eltn. Digital (Portas Lógicas)DATASHEET (2/2)
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