Introdução Sist Digitais

Introdução Sist Digitais

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Estudos Técnicos de

Componentes e Periféricos (ETCP) Prof. Mauricio

Portas Portas LógicasLógicas

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•Em 1854, o matemático britânico George

Boole(1815 -1864), através da obra intitulada “An Investigationof the Lawsof

Thought”, apresentou um sistema matemático de análise lógica conhecido como “Álgebra de Boole”.

•No início da era da eletrônica, todos os problemas eram resolvidos por sistemas analógicos, isto é, sistemas lineares.

História:

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•Apenas em 1938, o engenheiro americano

Claude Elwood Shannonutilizou as teorias da álgebra de Boolepara a solução de problemas de circuitos de telefonia com relés, tendo publicado um trabalho denominado Symbolic Analysisof Relay and Switching, praticamente introduzindo na área tecnológica o campo da eletrônica digital.

•Esse ramo da eletrônica emprega em seus sistemas um pequeno grupo de circuitos básicos padronizados conhecidos como “Portas Lógicas”.

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Informações gerais:

•A Informação:As informações de dados são representadas e transmitidas por meio de sinais. O sinal é uma parte ou o todo de uma informação.

•Sinais binários:São grandezas físicas, às quais são atribuídas unicamente dois valores ou níveis chamados de grandezas binárias.

•Por exemplo:uma chave aberta ou fechada, uma luz acesa ou uma luz apagada, etc.

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•Sinais Analógicos:Um sinal analógico é a representação de uma grandeza que pode assumir no decorrer do tempo qualquer valor entre dois limites determinados. Por exemplo: a variação de tensão de um sensor tipo PT100 (termistor) é proporcional à variação de temperatura a que é submetido.

•Informações digitalizadas:Digitalizar uma grandeza analógica significa representar a grandeza analógica e suas variações através de sinais digitais.

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•Sinal Binário e Nível lógico:Como já mencionamos o sinal binário possui dois níveis lógicos: nível ZERO e nível UM esses níveis possuem amplitudes distintas para que possam ser identificados.

•Por Exemplo: o nível lógico UM pode ter 500 Volts e o nível lógico ZERO , (-) 500 Volts.

•Nesse exemplo, esses valores de tensões são aplicados aos circuitos.

•Estes valores, estarão presentes na entrada e saída dos circuitos e são chamados de “estados” ou níveis das entradas e das saídas.

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•Sinais:Um sinal é a representação física de informação. Um exemplo de sinal analógicoUm exemplo de sinal digital

Sinal binário

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•Tabela verdade:nesta tabela são representados todas as possibilidades possíveis de combinações de níveis lógicos de sinal nas entradas e o nível lógico resultante de cada combinação.

•Álgebra lógica:também conhecida como álgebrabooleana. Funções binárias podem ser descritas matematicamente por equações booleanas. A álgebra deBooleéde fácil interpretação, enquanto não se usam as funções com efeito de memorização.

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Famílias lógicas

Os circuitos integrados digitais estão agrupados em famílias lógicas. Famílias lógicas bipolares:

RTL–Resistor Transistor Logic–Lógica de transístor e resistência. DTL–Díode Transistor Logic–Lógica de transístor e díodo. TTL – Transistor Transistor Logic – Lógica transístor-transístor. HTL–High Threshold Logic–Lógica de transístor com alto limiar. ECL–Emitter Coupled Logic–Lógica de emissores ligados. I2L–Integrated-Injection Logic–Lógica de injecção integrada.

Famílias lógicas MOS(Metal –Óxido –Semicondutor):

CMOS–Complemantary MOS–MOS de pares complementares NMOS/PMOS NMOS–Utiliza só transístores MOS-FET canal N. PMOS–Utiliza só transístores MOS-FET canal P.

Atualmente a família lógica TTL e a CMOS são as mais usadas.

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Séries das famílias

TTL e CMOS

A família TTLé principalmente reconhecida pelo fato de ter duas séries que começam pelos números 54para os componentes de uso militar e 74para os componentes de uso comercial. TTL 74Lde Baixa Potência TTL 74Hde Alta Velocidade TTL 74SSchottky TTL 74LSSchottky de Baixa Potência (LS-TTL) TTL 74ASSchottky Avançada (AS-TTL) TTL 74ALS-TTL Schottky Avançada de Baixa Potência

Séries CMOS: 4000/14000(foram as primeiras séries da família CMOS) 74C(compatível, pino a pino e função por função, com os dispositivos TTL) 74HC(CMOS de Alta Velocidade) 74HCT (os dispositivos 74HCT -CMOS de Alta Velocidade -podem ser alimentados diretamente por saídas de dispositivos TTL)

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Tensões dos níveis lógicos

Família Lógica TTL: Faixas de tensão correspondentes aos níveis lógicos de entrada:

Entre 2 e 5 Volt, nível lógico 1 Entre 0,8V e 2V o componente não reconhece os níveis lógicos 0 e1, devendo portanto, ser evitada em projetos de circuitos digitais. Entre 0 e 0,8 Volt, nível lógico 0

Faixas de tensão correspondentes aos níveis lógicos de saída:

Entre 2,4 e 5 Volt, nível lógico 1 Entre 0,3 e 0,5 Volt, nível lógico 0

Família Lógica CMOS:

Faixa de alimentação que se estende de 3V a 15V ou 18V, dependendo do modelo. A família CMOS possui também, uma determinada faixa de tensão para representar os níveis lógicos de entrada e de saída, porém estesvalores dependem da tensão de alimentação e da temperatura ambiente.

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Constituição das portas lógicas

Os componentes principais que constituem as portas lógicas são os transístores bipolares (família lógica TTL) ou os transístores de efeito de campo –Fet – (família lógica CMOS).

Estes transístores comportam-se como interruptores eletrónicos que ou estão em condução

(1) ou estão ao corte (0). A figura apresenta um exemplo de um circuito elétrico (porta lógica que implementa a função AND), utilizando a tecnologia TTL.

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Os níveis de integração referem-se ao número de portas lógicas que o CI contém.

SSI(Small Scale Integration) –Integração em pequena escala: São os CI com menos de 12 portas lógicas.

MSI(Medium Scale Integration) –Integração em média escala: Corresponde aos CI que têm entre 12 a 9 portas lógicas

LSI (Large Scale Integration) –Integração em grande escala: Corresponde aos CI que têm entre 100 a 9 9 portas lógicas.

VLSI (Very Large Scale Integration) –Integração em muito larga escala: Corresponde aos CI que têm entre 10 0 a 9 99 portas lógicas.

ULSI (Ultra Large Scale Integration) –Integração em escala ultra larga: Corresponde aos CI que têm 100 0 ou mais portas lógicas.

Níveis de integração

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Portas lógicas

A facilidade do processamento de números binários decorre da existência de apenas dois dígitos, 0 e 1 (bit), que podem ser representadospor 2 níveis de tensão (por exemplo 0 = 0 volt e 1 = 5 volts). Os símbolos representam um bloco lógicocom uma ou mais entradas lógicas“A”, “B”, etc. e uma saída lógica“S”. As entradas e saídas lógicas só assumem valores correspondentes aos níveis lógicos “0” e ‘1”. Um bloco lógico executa uma determinada função lógicapara a qual foi projetado. Essa função determina os valores que as saídas assumem para cada combinação de valores das entradas. Tais relações são muitas vezes exibidas sob a forma de “tabelas de verdade”.

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SímboloExpressão da função Tabela de verdade Porta lógicaNOT (negação)

•O nível lógico da saída (S) é a negação do nível lógico da entrada (A).

A S •Analogia da porta lógica AND com um circuito elétrico:

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Porta lógica AND (e)

Símbolo A

Expressão da função

S = A x B

Tabela de verdade

Analogia da porta lógica AND com um circuito elétrico:

•Quando as duas entradas (Ae B) são zero (interruptores desligados) a saída (S) também é zero (lâmpada apagada).

•Quando uma das entradas é 1 (um só interruptor ligado) a saída (S) é zero (lâmpada apagada).

•Quando as duas entradas (Ae B) são 1 (os dois interruptores ligados) a saída (S) também é 1 (lâmpada acesa),

•CONCLUSÃO: Só temos o nível lógico 1 na saída quando todas as entradas forem 1 (neste caso, Ae B)

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Porta lógicaOR (ou)

SímboloExpressão da função Tabela de verdade A

Analogia da porta lógica OR com um circuito elétrico:

•Quando as duas entradas (Ae B) são zero (interruptores desligados) a saída (S) também é “zero” (lâmpada apagada).

•Quando uma só das entradas é 1 (um só interruptor ligado) a saída (S) é “um” (lâmpada acesa).

•Quando as duas entradas (Ae B) são 1 (os dois interruptores ligados) a saída (S) também é 1 (lâmpada acesa),

•CONCLUSÃO: Só temos o nível lógico “0” na saída quando todas as entradas forem “0”.

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SímboloExpressão da função Tabela de verdade Porta lógicaNAND (não e)

Negação S = A x B

•A porta lógica NAND é uma porta lógica AND com a saída negada.

•Pode observar-se que os níveis lógicos da saída (S) da tabela de verdade NAND é a negação dos níveis lógicos da saída (S) da tabela de verdade AND.

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SímboloExpressão da função Tabela de verdade Porta lógica NOR (não ou)

Negação S = A + B

•A porta lógica NOR é uma porta lógica OR com a saída negada.

•Pode observar-se que os níveis lógicos da saída (S) da tabela de verdade NOR é a negação dos níveis lógicos da saída (S) da tabela de verdade OR.

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SímboloExpressão da função Tabela de verdade

Porta lógica EXclusive OR (ou exclusivo)

•A saída é 1 se uma entrada é 1 ou a outra entrada é 1, mas não ambas.

•De outro modo: o valor da saída (S) é 1 se as entradas (Aou B) são diferentes e 0 se são iguais.

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SímboloExpressão da função Tabela de verdade

Porta lógicaEXclusive NOR (não ou exclusivo)

•A porta lógica abreviadamente designada por EX-NOR é uma porta lógica EX-OR com a saída negada.

•Pode observar-se que os níveis lógicos da saída (S) da tabela de verdade EX-NOR é a negação dos níveis lógicos da saída (S) da tabela de verdade EX-OR.

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Circuitos integrados digitais

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Prof.: MauricioETCP Portas Lógicas mais utilizadas

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