circuitos digitais - introdução

Objetivos:

1. Entender os conceitos fundamentais delgica digital.

2. Estudo de Sistemas DigitaisCombinacionais.

3. Estudo de Sistemas Digitais Sequnciais.

4. Habilitar o aluno a desenvolver anlise esntese de circuitos digitais

5. Apresentao aos Dispositivos de LgicaProgramvel

Por onde comear o estudo de Eletrnica Digital?

Representaes numricas:

Em Engenharia, assim como em outras reas de trabalho, temosque tratar com quantidades. Estas quantidades so medidas,monitoradas, guardadas, manipuladas aritmeticamente,observadas ou utilizadas de alguma outra maneira.

Para manipular adequadamente estasquantidades, importante representar seusvalores de modo eficiente e preciso.

Pode-se representar os valores das quantidades basicamente deduas formas: a ANALGICA e a DIGITAL.

Representaes numricas:Representao Analgica:

A quantidade representada por uma tenso, uma corrente ouuma medida de movimento proporcional ao valor em questo.Quantidades analgicas tm uma importante caracterstica: elaspodem variar ao longo de uma faixa contnua de valores.

Representaes numricas:Representao Digital:

A quantidade no representada por quantidadesproporcionais, mas por smbolos denominados dgitos.Em outras palavras, essa representao de naturezadiscreta no varia continuamente, mas em saltos oudegraus.

Resumidamente:Analgica contnuaDigital discreta (passo a passo)

Representaes numricas:Dentre as quantidades a seguir, quais so as que estorelacionadas a quantidades analgicas, e quais estorelacionadas a quantidades digitais ?

(a) Chave de dez posies.

DIGITAL

(b) Corrente que flui de uma fonte.

ANALGICA

(c) Temperatura de um ambiente.

(d) Gros de areia na praia.

(e) Velocidade de um automvel.

ANALGICA

DIGITAL

ANALGICA

Sistemas Digitais e Analgicos:

SistemaSistema DigitalDigital

Combinao de dispositivos projetados para manipular informaolgica ou quantidades fsicas que so representadas no formatodigital; ou seja, as quantidades podem assumir apenas valoresdiscretos. Esses dispositivos so na maioria das vezes eletrnicos,mas podem, tambm, ser mecnicos, magnticos ou pneumticos.

SistemaSistema AnalgicoAnalgico

Contm dispositivos que manipulam quantidades fsicasque podem variar ao longo de uma faixa contnua de valores.Por exemplo, a amplitude do sinal de sada de um alto-falante em um receptor de rdio que pode apresentarqualquer valor entre zero e o seu valor mximo (limite).

Vantagens das tcnicas digitais:Verifica-se hoje um aumento no nmero de aplicaes em eletrnicaque utilizam tcnicas digitais para implementar funes que eramrealizadas usando-se mtodos analgicos. Os principais motivos paraesta migrao so:

Os sistemas digitais so geralmente mais fceis de seremprojetados.

Facilidade no armazenamento da informao.

Maior facilidade para manter a preciso e a exatido em todoo sistema.

As operaes podem ser programadas de forma mais fcil.

Os circuitos digitais so menos afetados por rudos.

CIs (chips) digitais podem ser fabricados com maisdispositivos internos.

S h vantagens nessa migrao de analgico para digital ????

Limitaes das tcnicas digitais:Os dois principais problemas quando se usam tcnicas digitais:

O mundo real quase totalmente analgico !

Processar sinais digitalizados leva tempo!

Assim, para obter as vantagens das tcnicas digitais quando tratamoscom entradas e sadas analgicas, seguimos trs passos: (i) Convertera varivel fsica em um sinal eltrico (analgico), (ii) Converter aentrada analgica para o formato digital, (iii) Realizar oprocessamento da informao digital (operao), e (iv) Converter assadas digitais de volta ao formato analgico.

Exemplos de sensores em um carro!

Um Sistema Eletrnico Analgico:

natureza analgica

Um sistema de amplificao de som que pode ser ouvido poruma grande quantidade de pessoas um exemplo simples deuma aplicao da eletrnica analgica.

Tenso analgica sinal de udio.

Tenso analgica de entrada ampliada.

Alto-falante converte o sinal deudio amplificado de volta para oformato de ondas sonoras com umvolume muito maior que as ondassonoras originais captadas pelomicrofone

Um Sistema que Usa Mtodos Analgicos e Digitais:

O aparelho de CD (compact disk) um exemplo de umsistema no qual so usados tanto circuitos digitais quantoanalgicos.

Msica formato digital

Reproduo eltrica da msica

O dia-a-dia Digital:

Sistemas de Numerao Digital:

H muitos sistemas de numerao em uso na tecnologia digital. Osmais comuns so os sistemas decimal, binrio e hexadecimal. Osistema decimal obviamente o mais familiar, e examinar algumasde suas caractersticas nos ajudar a entender melhor os outrossistemas.

Sistema Decimal:

Representao de Quantidade Binrias:As quantidades binrias podem ser representadas por qualquerdispositivo que tenha apenas dois estados de operao, ou duascondies possveis. Por exemplo:

(i) uma chave, que possui apenas duas opes: aberta ou fechada,

1 0 0 0 1 0 1 0 1 0

(ii) um carto perfurado.

Representao de Quantidade Binrias:

Em sistemas eletrnicos digitais, uma informao binria representada por tenses (ou correntes) que esto presentesnas entradas e sadas dos diversos circuitos.

A eletrnica digital envolve circuitos e sistemas com apenasdois estados possveis

A combinao destes dois estados gera os cdigos utilizadosem sistemas digitais, tais como computadores.

O sistema de numerao de dois estados denominado debinrio e os seus dois dgitos so o 0 e o 1.

Um dgito binrio denominado de bit.


Valores tpicos de tenses em um sistema digital.

Dois nveis de tenso diferentes so utilizados para pararepresentar os dois bits.

Por exemplo:

-Zero volt (0 V) pode representar o binrio 0, e

- Cinco volts (+5 V) pode representar o binrio 1.

Na realidade, devido s variaes nos circuitos, o 0 e o 1 sorepresentados por faixas de tenso.

ALTO = 1BAIXO = 0

VH(mx)

VH(min)

VL(mx)

VL(min)

Os valores podem ser interpretados de

forma equivocada.


Diagrama de tempo de um sinal digital tpico.

A Figura abaixo mostra um sinal digital tpico, e como ele variaao longo do tempo. Na realidade, trata-se de um grfico detenso versus tempo (t) que denominado diagrama de tempo.A escala de tempo, horizontal, dividida em intervalosregulares.

Sinais Digitais e Diagramas de tempo:

BAIXO

ALTO

BORDA DE

SUBIDA

BORDA DE

DESCIDA

Circuitos Digitais/Circuitos Lgicos:

Os circuitos digitais so projetados para produzir tenses de sadaque se encontrem dentro das faixas de tenses determinadas para osnveis 0 e 1, e para responderem a tenses de entrada tambmdentro destas faixas.

Um circuito digital responde aos nveis binrios das entradas (0 ou 1) e no ao valor exato da tenso.

Representao de Quantidade Binrias:Sinais Digitais e Diagramas de tempo:

Pulso no-ideal:


Forma de onda peridica: Se repete em um intervalofixo, denominado de perodo (T). E a frequncia (f) ataxa com que ela se repete e medida em hertz (Hz).

Forma de onda no-peridica: No ser repete emintervalos fixos e pode ser composta de pulsos comlargura aleatrias e/ou intervalos aleatrios de tempoentre os pulsos.


Caracterstica importante: Ciclo de trabalho

ciclo de trabalho = 100%wt

T

tw - largura de pulso;

T - perodo

Circuitos Digitais/Circuitos Lgicos:

O modo como um circuito digital responde a uma entrada denominado lgica do circuito. Por esta razo, os circuitos digitaisso tambm chamados de circuitos lgicos. Os dois termos sousados indistintamente. Os principais tipos de circuitos lgicosnormalmente encontrados em sistemas digitais sero estudados,dando nfase inicialmente funes lgicas que podem serimplementadas por esses circuitos.

Circuito integrado.

Transmisso de Dados:Uma das operaes mais comuns que ocorrem em qualquer sistemadigital a transmisso da informao de um ponto para outro. Ainformao pode ser transmitida a uma distncia to pequena quantoa de alguns centmetros em uma placa de circuito, ou a uma distnciade vrios quilmetros.

A informao transmitida em formato binrio e, geralmente, representada por tenses na sada de um transmissor que est conectado entrada de um circuito receptor.

O dois mtodos bsicos para transmisso deinformao digital so: paralelo e serial.

Transmisso Paralela e Serial:Uma das operaes mais comuns que ocorrem em qualquer sistemadigital a transmisso da informao de um ponto para outro. Ainformao pode ser transmitida a uma distncia to pequena quantoa de alguns centmetros em uma placa de circuito, ou a uma distnciade vrios quilmetros.

FIGURA 1-9 (a) a transmisso paralela usa uma linha de conexo por bit, e

todos os bits so transmitidos simultaneamente; (b) a transmisso

serial usa apenas uma linha de sinal, na qual os bits so transmitidos serialmente (um de cada vez).

Memria:Quando um sinal de entrada aplicado maioria dos dispositivos oucircuitos, a sada muda, de algum modo, em resposta entrada.

Se ao ser removido o sinal de entrada, a sada volta ao estadooriginal, ento este circuito no deve possuir memria.

Se ao ser removido o sinal de entrada, a sada se mantm nonovo estado, ento este circuito deve possuir memria.

Introduo - Sistema DecimalSistemas de Numerao Digital:

O Sistema Decimal:Dez smbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Cada smbolo um dgito (do latim, dedo).

Dgitos mais significantes (MSD) e dgitos menos significantes(LSD).

Valor posicional pode ser declarado como um dgito multiplicadopor uma potncia de 10.


Introduo - Sistema Decimal


Introduo - Sistema Binrio O Sistema Binrio (base 02) :

Dois smbolos: 0 e 1.

Empresta-se ao projeto de circuitos eletrnicos com apenasdois diferentes nveis de tenso obrigatrios.

Valor posicional pode ser indicado como um dgito multiplicado poruma potncia de 2.


!

1002 10010

Introduo - Sistema Binrio

Sistemas de Numerao e Cdigos:

Converses de Binrio para Decimal

1 1 0 1 12

24+23+22+21+20 = 16 + 8 + 0 + 2 + 1

= 2710

1 0 1 1 0 1 0 12

27+26+25+24+23+22+21+20 = 128 + 32 + 16 + 4 + 1

= 18110

Questes de Reviso.

A converso pode ser feita tambm do sistema decimal para o binrio.

1. Converta 1000110110112 para seu equivalente decimal.

2. Qual o peso do MSB de um nmero de 16 bits?

Sistemas de Numerao e Cdigos:

Converso de Decimal para Binrio.

Duas abordagens para converter um nmero decimal inteiro noseu equivalente binrio:

(i) Expressar o nmero decimal como uma soma de potncias de 2,e os 1s e 0s so colocados nas posies correspondentes;

(ii) Converter um nmero decimal inteiro usando divisessucessivas por 2.

EXEMPLOS das duas abordagens.

Converso de Decimal para Binrio :

Expressar o nmero decimal como uma soma de potncias de 2:

4510 = 25 + 0 + 23 + 22 + 0 + 20= 32 + 8 + 4 + 1

= 1 0 1 1 0 12

Observao: todas as posies tm que ser consideradas !

7610 = 26 + 0 + 0 + 23 + 22 + 0 + 0= 64 + 8 + 4

= 1 0 0 1 1 0 02

Exemplo I.

Exemplo II.

Qual a dificuldade ?????????????


Converter um nmero decimal inteiro usando divises sucessivas por 2.

A converso pode ser realizada atravs de divises sucessivaspelo nmero decimal 2, e a escrita, de modo inverso, dos restosde cada diviso at que um quociente 0 seja obtido. Por exemplo,para 2510:

2

25

0 resto o 62

12+=

0 resto o 32

6+=

1 resto o 12

3+=

1 resto o 02

1+=

2510 = 1 1 0 0 12

bit menos significativo

bit mais significativo

1 resto o 12 +=

Converso de Decimal para Binrio :Converter um nmero decimal inteiro usando divises sucessivas

por 2.

Diviso repetida

Esse fluxograma descreve oprocesso e pode ser usado paraconverter o sistema decimal emqualquer outro sistemanumrico.

Converso de Decimal para Binrio :Faixa de Contagem.

Usando NN bits, podemos contar 2N diferentes nmeros em decimal

(de 0 a 2N 1). Por exemplo, para NN == 44, podemos contar de 00002 a

11112, que corresponde a 010 a 1510, em um total de 16 nmeros

diferentes.

H outros sistemas de numerao alm do binrio e do H outros sistemas de numerao alm do binrio e do decimal! decimal!

Exemplo I.

Qual a faixa de valores decimais que pode ser representada oito bits?

Exemplo II.

Quantos bits so necessrios para representar valores decimais variando de 0 at 12.500?

Resposta: 255.

Resposta: 14bits.


Questes de reviso.

H outros sistemas de numerao alm do binrio e do H outros sistemas de numerao alm do binrio e do decimal! decimal!

1. Converta 8310 para binrio.

2. Converta 72910 para binrio. Verifique sua resposta convertendo de volta para decimal.

Resposta: 10100112.

Resposta: 10110110012

3. Quantos bits so necessrios para contar at 1 milho em decimal?

Resposta: so necessrios 20 bits.

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