códigos, portas lógicas e comportamento elétrico

Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico

Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico

Prof. Ohara Kerusauskas Rayel

Disciplina de Eletrônica Digital - ET75C

Curitiba, PR

26 de março de 2015

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Rayel, O.K. — Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico


Códigos

Código: Números, letras ou palavras representados por um grupoespecial de símbolos

Na aula passada vimos vários tipos de código. Quais eram e o querepresentavam?

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Códigos

Código: Números, letras ou palavras representados por um grupoespecial de símbolos

Na aula passada vimos vários tipos de código. Quais eram e o querepresentavam?

Decimal, Binário, Octal e Hexadecimal! Representam quantidadesnuméricas.

Como nosso foco em digital são os números binários, veremos osprincipais códigos que utilizam apenas 1’s e 0’s

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Código Gray

Sistemas digitais operam em altas velocidades, reagindo a variaçõesque ocorrem em suas entradas

Exemplo de situação em que uma representação binária édrasticamente alterada?

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Código Gray



A própria contagem binária!

Exemplo, contador de 0 a 7. Quando chega em 111 (7), aosomarmos um, o contador vai para 000 (0), ou seja, TODOS os bitsse alteraram ao mesmo tempo!

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Código Gray



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Código Gray



A própria contagem binária!

Exemplo, contador de 0 a 7. Quando chega em 111 (7), aosomarmos um, o contador vai para 000 (0), ou seja, TODOS os bitsse alteraram ao mesmo tempo!

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Código GrayPara minimizar as alterações a cada passo de contagem binária,criou-se o Código Gray

Apenas 1 bit se altera a cada passo de contagem, minimizando aprobabilidade de erro na interpretação

B2 B1 B0 G2 G1 G0

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

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Código Gray

Lógica de codificação

Diferente?Diferente?

B2 B0B1

G2 G1 G0

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Códigos Binários

Código: Letras, números ou palavras representados por umconjunto de bits

Exemplos de códigos?

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Códigos Binários

Código: Letras, números ou palavras representados por umconjunto de bits

Exemplos de códigos?

Código Morse

A própria representação de números decimais através de 0’s e 1’s

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Código BCD

Frequente necessidade de conversão entre binário e decimal nossistemas digitais

Conversões podem ser longas e complicadas para números grandes

Código BCD: combina características dos sistemas decimal e binário

Cada dígito decimal é representado por seu equivalente binário

Quantos são então os bits necessários para representar cada dígito?

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Código BCD

Frequente necessidade de conversão entre binário e decimal nossistemas digitais

Conversões podem ser longas e complicadas para números grandes

Código BCD: combina características dos sistemas decimal e binário

Cada dígito decimal é representado por seu equivalente binário

Quantos são então os bits necessários para representar cada dígito?

Resposta: 4, pois o maior dígito a ser representado é o 9, que embinário é 1001.

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Exercício

Sabendo que cada dígito decimal é representado por seu equivalentebinário, como se escreve o número 1596 em BCD?

Resposta:

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Exercício

Sabendo que cada dígito decimal é representado por seu equivalentebinário, como se escreve o número 1596 em BCD?

Resposta:

1 → 0001

5 → 0101

9 → 1001

6 → 0110

Logo, 159610 = 0001010110010110BCD

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Exercício

Converta agora o número BCD 011111000001

Resposta:

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Exercício

Converta agora o número BCD 011111000001

Resposta:

0111 → 7

1100 → 12 - Não existe!!!

0001 → 1

Logo, 11111000001 não é um número BCD e não pode serconvertido para decimal!

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Vantagens e Desvantagens

Quais a principal vantagem e a principal desvantagem do códigoBCD?

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Vantagens e Desvantagens

Quais a principal vantagem e a principal desvantagem do códigoBCD?

Vantagem: facilidade de conversão para números longos

Desvantagem: ineficiência no uso de bits, já que nem todos as

combinações de bits possíveis são utilizadas, como foi o caso do 12

no último exercício

Exemplo da ineficiência: 13710 → 100010012 → 000100110111

12 bits para representar um número que é representado por 8 bitsem binário

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Códigos Alfanuméricos

Além de dados numéricos, os sistemas precisam manipularinformações não numéricas, como letras e símbolos

Mais utilizado é o ASCII (American Standard for Information

Interchange)

Possui 7 bits para representar cada símbolo, portanto quantas letrase números estão representadas?

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Códigos Alfanuméricos

Além de dados numéricos, os sistemas precisam manipularinformações não numéricas, como letras e símbolos

Mais utilizado é o ASCII (American Standard for Information

Interchange)

Possui 7 bits para representar cada símbolo, portanto quantas letrase números estão representadas?

Resposta: 128. Suficiente para representar os caracteres de umteclado padrão.

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Tabela ASCIIb7

b6

b5

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

BITS

b4 b3 b2 b1

CONTROLSYMBOLS

NUMBERSUPPER CASE LOWER CASE

0 0 0 0

0

NUL0 0

16

DLE10 20

32

SP20 40

48

030 60

64

@40 100

80

P50 120

96

‘60 140

112

p70 160

0 0 0 1

1

SOH1 1

17

DC111 21

33

!21 41

49

131 61

65

A41 101

81

Q51 121

97

a61 141

113

q71 161

0 0 1 0

2

STX2 2

18

DC212 22

34

”22 42

50

232 62

66

B42 102

82

R52 122

98

b62 142

114

r72 162

0 0 1 1

3

ETX3 3

19

DC313 23

35

#23 43

51

333 63

67

C43 103

83

S53 123

99

c63 143

115

s73 163

0 1 0 0

4

EOT4 4

20

DC414 24

36

$24 44

52

434 64

68

D44 104

84

T54 124

100

d64 144

116

t74 164

0 1 0 1

5

ENQ5 5

21

NAK15 25

37

%25 45

53

535 65

69

E45 105

85

U55 125

101

e65 145

117

u75 165

0 1 1 0

6

ACK6 6

22

SYN16 26

38

&26 46

54

636 66

70

F46 106

86

V56 126

102

f66 146

118

v76 166

0 1 1 1

7

BEL7 7

23

ETB17 27

39

’27 47

55

737 67

71

G47 107

87

W57 127

103

g67 147

119

w77 167

1 0 0 0

8

BS8 10

24

CAN18 30

40

(28 50

56

838 70

72

H48 110

88

X58 130

104

h68 150

120

x78 170

1 0 0 1

9

HT9 11

25

EM19 31

41

)29 51

57

939 71

73

I49 111

89

Y59 131

105

i69 151

121

y79 171

1 0 1 0

10

LFA 12

26

SUB1A 32

42

*2A 52

58

:3A 72

74

J4A 112

90

Z5A 132

106

j6A 152

122

z7A 172

1 0 1 1

11

VTB 13

27

ESC1B 33

43

+2B 53

59

;3B 73

75

K4B 113

91

[5B 133

107

k6B 153

123

7B 173

1 1 0 0

12

FFC 14

28

FS1C 34

44

,2C 54

60

<

3C 74

76

L4C 114

92

\5C 134

108

l6C 154

124

|7C 174

1 1 0 1

13

CRD 15

29

GS1D 35

45

−2D 55

61

=3D 75

77

M4D 115

93

]5D 135

109

m6D 155

125

7D 175

1 1 1 0

14

SOE 16

30

RS1E 36

46

.2E 56

62

>

3E 76

78

N4E 116

94

ˆ5E 136

110

n6E 156

126

˜7E 176

1 1 1 1

15

SIF 17

31

US1F 37

47

/2F 57

63

?3F 77

79

O4F 117

95

5F 137

111

o6F 157

127

DEL7F 177

LEGEND: dec

CHARhex oct

Victor Eijkhout

Dept. of Comp. Sci.

University of Tennessee

Knoxville TN 37996, USA

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Exercício

Como seria armazenada a seguinte linha de código em ASCII, emum sistema endereçado a cada 8 bits?

i f ( x>3)

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Exercício

Como seria armazenada a seguinte linha de código em ASCII, emum sistema endereçado a cada 8 bits?

i f ( x>3)

Resposta: i (0x69); f (0x66); espaço (0x20); ( (0x28); x (0x78); >(0x3E); 3 (0x33); ) (0x29)

Resposta: i (01101001); f (01100110); espaço (00100000); ((00101000); x (01111000); > (00111110); 3 (00110011); )(00101001)

Resposta: 8 bytes (64 bits)!

Teste no PC!

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Problema

128 caractereres não são o suficiente para representar todos osalfabetos existentes no mundo

Existe o código ASCII estendido, que utiliza 8 bits, e portantopossui mais 128 caracteres

É utilizado para caracteres que não existem no inglês, como letrasacentuadas

Porém, não possui um padrão mundial, o que gera conflitos quandoum mesmo arquivo é aberto em computadores de idiomas diferentes

Unicode surgiu para resolver o problema

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Operações sobre números binários

Como vimos na aula passada, todos os equipamentos eletrônicosdigitais utilizam números binários para representar quantidades

Para manipular estes números, existem apenas 3 operações básicas:AND (E), OR (OU) e NOT (NÃO)

A partir destas três, qualquer outra operação pode ser realizada

Para realizar estas operações dentro do hardware, precisamos decircuitos específicos que realizem estas operações. É isto queveremos a seguir

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Porta OR (OU)

Deve retornar verdadeiro (nível ALTO) quando uma OU outraentrada é verdadeira

Exemplo: 0 + 1 = 1; 1 + 1 = 1; 1 + 0 = 1. Único caso 0 →

0 + 0 = 0

Exercício: qual a forma de onda de saída?

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Porta OR (OU)Deve retornar verdadeiro (nível ALTO) quando uma OU outraentrada é verdadeira

Exemplo: 0 + 1 = 1; 1 + 1 = 1; 1 + 0 = 1. Único caso 0 →

0 + 0 = 0


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Porta E (AND)

Deve retornar verdadeiro somente quando TODAS as entradas sãoverdadeiras

Exemplo: 0 · 1 = 0; 1 · 0 = 0; 0 · 0 = 0. Único caso 1 → 1 · 1 = 1


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Porta NÃO (NOT)

Deve retornar o valor inverso ao da entrada

Exemplo: 0 = 1; 1 = 0


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Porta NOR (Não-OU)

Deve retornar verdadeiro somente quando todas as entradas foremfalsas (comportamento inverso da OU)


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Porta NAND (Não-E)

Deve retornar falso somente quando todas as entradas foremverdadeiras (comportamento inverso da E)


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Porta XOR (OU-Exclusivo)

Deve retornar verdadeiro quando as entradas forem diferentes

Exemplo: 0 ⊕ 1 = 1; 1 ⊕ 0 = 1; 0 ⊕ 0 = 0; 1 ⊕ 1 = 0


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Porta XNOR (Não-OU-Exclusivo)

Deve retornar verdadeiro quando as entradas forem iguais(comportamento inverso da XOR)


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Portas Lógicas na Prática

Portas lógicas são utilizadas na prática através de circuitosintegrados

Estes circuitos normalmente contém um conjunto de portas domesmo tipo

14 13 12 11 10 9

1 2 3 4 5 6

VCC

8

7

GND

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Características de CI’s digitaisCI’s são uma coleção de resistores, diodos e transistores fabricadosem uma única peça de material semicondutor (silício)

Encapsulamento DIP (Dual-in-line package) - Mais comum para usoem laboratório

Encapsulamento SMD (Surface-mount device) é o mais comum emprodutos eletrônicos avançados

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Família TTLA família de CI’s bipolares (feitas com transistores bipolaresTransistor-Transistor Logic - TTL)

Prefixo dos CI’s sempre possui 74, 74S, 74LS, 74AS, 74ALS. A maisusada é 74LS, por ser de baixa potência

Faixa de tensão de operação: VCC deve ser conectado em +5V.

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Família TTL

VCC

Y

GND

3 kΩ

4 kΩ

120 Ω8 kΩ20 kΩ

1.5 kΩ

12 kΩ

A

B

’LS00 ’S00

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Família CMOSA família de CI’s unipolares (feitas com MOSFETs Complementary

Metal-Oxide-Semiconductor - CMOS)

Prefixo dos CI’s sempre possui 40, 74C, 74HC, 74HCT, 74AC,74ACT. A mais usada é a 74HC, por ser compatível com TTL.

Faixa de tensão de operação: VCC deve ser conectado em +5V a+18V. Mais usado é 5V para que possa ser conectado a dispositivosTTL.

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Família CMOS

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Níveis Elétricos

LVTTL e LVCMOS - versões low-voltage TTL e CMOS. Operam a3,3V, economizando potência

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Exercícios

Exercícios para estudo: refazer os realizados em sala de aula, alémdos seguintes exercícios do livro “Sistemas digitais: princípios e

aplicações": 2-1, 2-2, 2-4, 2-5, 2-6, 2-8, 2-10, 2-11, 2-15, 2-16,2-18, 2-20, 2-34, 2-35, 3-1, 3-2, 3-3, 3-5, 3-6, 3-11, 3-17 e 3-18.

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I1447134

Riscado

I1447134

Texto digitado

Lista Bases Numéricas, Portas Logicas


Próxima Aula:

Teoremas da ÁlgebraBooleana!

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