circuitos integrados microcontroladores e microprocessadores

7/22/2019 Circuitos Integrados Microcontroladores e Microprocessadores

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CIRCUITO INTEGRADOS,MICROCONTROLADORES

E MICROPROCESSADORES


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Coleco Formao Modular Automvel

Ttulo do Mdulo Circuitos Integrados, Microcontroladores eMicroprocessadores

Coordenao Tcnico-Pedaggica CEPRA - Centro de Formao Prossional daReparao Automvel

Departamento Tcnico Pedaggico

Direco Editorial CEPRA - Direco

Autor CEPRA - Desenvolvimento Curricular

Maquetagem CEPRA Ncleo de Apoio Grco

Propriedade Instituto de Emprego e Formao Prossional

Av. Jos malhoa, 11 - 1000 Lisboa

Edio 2.0 Portugal, Lisboa, 2000/03/01

Depsito Legal 148442/00

Copyright, 2000

Todos os direitos reservadosIEFP

Produo apoiada pelo Programa Operacional Formao Prossional e Emprego, connanciado pelo

Estado Portugus, e pela Unio Europeia, atravs do FSE

Ministrio de Trabalho e da Solidariedade - Secretaria de Estado do Emprego e Formao

Referncias


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e Microprocessadores

ndice

NDICE

DOCUMENTOS DE ENTRADAOBJECTIVOS GERAIS E ESPECFICOS DO MDULO ...........................................E.1

PR-REQUISITOS ......................................................................................................E.2

CORPO DO MDULO

INTRODUO............................................................................................................. 0.1

1 - CIRCUITOS INTEGRADOS ................................................................................... 1.1

1.1 - CONSTITUIO BSICA DO CIRCUITO INTEGRADO .............................................1.2

1.2 - CLASSE DE CIRCUITOS INTEGRADOS ...................................................................1.3

2 - CIRCUITOS ANALGICOS ................................................................................... 2.12.1 - AMPLIFICADORES OPERACIONAIS (AMP-OPS) .....................................................2.1

2.1.1 - CARACTERSTICAS BSICAS DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL ..........2.1

2.1.2 - TENSES DE ALIMENTAO ........................................................................2.3

2.2 - EXEMPLOS PRTICOS DO USO DE AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ............2.4

2.3 - CONVERSORES ANALGICO-DIGITAL ....................................................................2.6

2.3.1 - SINAIS ANALGICOS ......................................................................................2.6

2.3.2 - SINAIS DIGITAIS ..............................................................................................2.6

2.3.3 - CONVERSORES DE SINAL .............................................................................2.8

3 - CIRCUITOS DIGITAIS ............................................................................................ 3.1

3.1 - FAMLIAS LGICAS ....................................................................................................3.1

3.2 - ALIMENTAO DE INTEGRADOS CMOS E TTL ...................................................... 3.2

3.2.1 REGULADORES INTEGRADOS .....................................................................3.4

4 - PORTAS LGICAS ................................................................................................ 4.1

4.1 - SISTEMAS DE NUMERAO.....................................................................................4.1

4.1.1 - DESCRIO DOS SISTEMAS DE NUMERAO ..........................................4.1

4.1.1.1 - SISTEMA DECIMAL ...........................................................................4.1

4.1.1.2 - SISTEMA BINRIO ............................................................................4.2

4.2 - DISPOSITIVOS BINRIOS..........................................................................................4.3

4.2.1 - ALGEBRA DE COMUTAO ...........................................................................4.3

4.2.2 - O DODO COMO DISPOSITIVO BINRIO ......................................................4.6

4.2.3 - O TRANSSTOR COMO DISPOSITIVO BINRIO ...........................................4.8

4.2.4 - PORTAS LGICAS A DODOS ...................................................................... 4.11

4.2.5 - PORTAS LGICAS A DODOS E TRANSSTORES ......................................4.13


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ndice

4.2.6 - PORTA NAND A DODOS E TRANSSTORES ..............................................4.13

4.2.7 - PORTA NOR A DODOS E TRANSSTORES .................................................4.14

4.3 - SIMBOLOGIA .............................................................................................................4.144.4 - EXEMPLO PRTICO COM PORTAS LGICAS .......................................................4.17

5 - UNIDADES DE MEMRIA ..................................................................................... 5.1

5.1 - MATRIZES A DODOS ROM .....................................................................................5.1

5.1.1 - MEMRIA APENAS DE LEITURA ROM ..........................................................5.3

5.1.2 - MEMRIAS DE LEITURA PROGRAMVEIS DE FUSVEL ............................5.3

5.1.3 - MEMRIAS DE LEITURA PROGRAMVEIS REUTILIZVEIS.......................5.4

6 - TEMPORIZADORES .............................................................................................. 6.16.1 - CONSTITUIO E FUNCIONAMENTO ......................................................................6.1

6.2 - MONOESTVEL ..........................................................................................................6.3

6.3 - ASTVEL .....................................................................................................................6.4

7 - CIRCUITOS SEQUNCIAS ..................................................................................................7.1

7.1 - FLIP-FLOP ...................................................................................................................7.1

8 - MICROPROCESSADORES ................................................................................... 8.1

8.1 - ARQUITECTURA INTERNA.........................................................................................8.2

BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................................C.1

DOCUMENTOS DE SADA

PS-TESTE.................................................................................................................S.1

CORRIGENDA E TABELA DE COTAO DO PS-TESTE .....................................S.5

ANEXOS

EXERCCIOS PRTICOS ...........................................................................................A.1

GUIA DE AVALIAO DOS EXERCCIOS PRTICOS .............................................A.2


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DOCUMENTOS

DEENTRADA

DOCUMENTOS

DEENTRADA


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Objectivos Gerais e Especcos do Mdulo

E.1

OBJECTIVOS GERAIS E ESPECFICOS

No nal deste mdulo, o formando dever ser capaz de:

OBJECTIVO GERAL DO MDULO

Identicar os componentes bsicos constituintes de uma unidade de controlo elec-

trnica compreendendo o seu funcionamento e a sua funo.

OBJECTIVOS ESPECFICOS

1. Denir os grupos em que se podem denir os circuitos integrados de acordo

com sua estrutura.

2. Denir os grupos em que se podem classicar os circuitos integrados de

acordo com a sua funo.

3. Identicar os sinais analgicos e sinais digitais com base em exerccios com

osciloscpio.

4. Identicar o conversor analgico-digital numa unidade de controlo electrni-

ca de um veculo e explicar a sua funo.

5. Localizar e manusear circuitos TTL identicando os nveis de tenso poss-

veis de alimentao deste tipo de componentes.

6. Identicar portas lgicas num circuito digital especicando a sua funo e

comportamento.

7. Distinguir circuitos temporizadores monoestveis e astveis exemplicando

as suas funes no automvel.

8. Enunciar a lei de Ohm, aplicando as respectivas frmulas matemticas a

qualquer exerccio de aplicao.

9. Interpretar o funcionamento de um microprocessador.


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e MicroprocessadoresE.2

Pr-Requisitos

Magnetismo eElectrogagnetismo -

Motores eGeradores

ElectricidadeBsica

PR-REQUISITOS

COLECO FORMAO MODULAR AUTOMVEL

OUTROS MDULOS A ESTUDAR

Legenda

Construo daInstalaoElctrica

Componentes doSistema Elctricoe sua simbologia

Tipos de Bateriase sua Manuteno

Tecnologia dosSemi-Condutores -

Componentes

Leitura eInterpretao de

EsquemasElctricos Auto

Caractersticas eFuncionamento

dos MotoresDistribuio

Clculos e CurvasCaractersticas

do Motor

Sistemas deAdmisso e de

Escape

Sistemas deArrefecimento

Lubricao deMotores e

Transmisso

AlimentaoDiesel

Sistemas deAlimentao por

Carburador

Sistemas deIgnio

Sistemas deCarga e Arranque

SobrealimentaoSistemas deInformao

Lmpadas, Farise Farolins

Focagem deFaris

Sistemas deAviso Acsticos e

Luminosos

Sistemas deComunicao

Sistemas deSegurana

Passiva

Sistemas deConforto eSegurana

Embraiagem eCaixas de

Velocidades

Sistemas deTransmisso

Sistemas deTravagemHidrulicos

Sistemas deTravagem

Antibloqueio

Sistemas deDireco

Mecnica eAssistida

Geometria deDireco

rgos daSuspenso e seuFuncionamento

Diagnstico eRep. de Avariasno Sistema de

Suspenso

VentilaoForada e ArCondicionado

Sistemas deSegurana Activa

SistemasElectrnicos

Diesel

UnidadesElectrnicas de Comando,Sensores e

Actuadores

Sistemas deInjeco Mecnica

Sistemas deInjecoElectrnica

Emisses

Poluentes eDispositivos de

Controlo deEmisses

Anlise de Gasesde Escape eOpacidade

Diagnstico eReparao emSistemas com

GestoElectrnica

Diagnstico eReparao em

SistemasElctricos

Convencionais

Rodas e PneusManutenoProgramada

Termodinmica

GasesCarburantes e

Combusto

Noes deMecnica

Automvel paraGPL

Constituio eFuncionamento doEquipamento Con-versor para GPL

LegislaoEspecca sobre

GPL

Processos deTraagem e

Puncionamento

Processos deCorte e Desbaste

Processos deFurao,

Mandrilagem eRoscagem

Noes Bsicasde Soldadura Metrologia

Rede Elctrica eManuteno de

FerramentasElctricas

Rede de ArComp. e

Manuteno deFerramentasPneumticas

Ferramentas

Manuais

Mdulo emestudo

Pr-Requisito

Introduo aoAutomvel

Desenho Tcnico Matemtica(clculo)

OrganizaoOcinal

Fsica, Qumica eMateriais

Diagnstico eReparao em

SistemasMecnicos

Circ. Integrados,Microcontroladores eMicroprocessadores


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Introduo

0 - INTRODUO

Todo o aparato elctrico consta de um nmero de componentes relativamente elevado, xos

sobre um suporte adequado (placa de circuito impresso) e convenientemente ligados entre si.Os fabricantes de componentes e os construtores de equipamento electrnico tem vindo a

esforar-se no sentido de reduzir sobretudo o nmero de componentes existentes sobre a

placa de circuitos impresso com o objectivo principal de conseguir um funcionamento mais

vel e mais seguro tambm conseguir uma reduo de custos de fabricao, montagem e

manuteno.

Como resultado destes esforos tm-se desenvolvido, nos ltimos tempos diversas classes de

grupos de componentes electrnicos.

Os extraordinrios progresso realizados durante os ltimos anos no campo da electrnica mais

correctamente no campo do fabrico de semicondutores tm como fruto o aparecimento duma

nova gerao de componentes electrnicos que denominamos por circuitos integrados.

Os circuitos integrados esto cada vez mais em voga.

Circuitos que dicilmente podiam ser utilizados, devido ao seu volume e preo, so agora

perfeitamente realizados mediante a incorporao dos circuitos integrados.

A evoluo da industria automvel foi alvo desta mesma evoluo tendo vindo a acompanhar

toda esta evoluo electrnica.

Uma gesto electrnica que poucos anos atrs era composta por transstores, dodos,

resistncias e condensadores, hoje com esta evoluo quase uma caixa preta donde se

salienta somente a existncia de circuitos integrados.

Estes novos componentes vieram miniaturizar toda a esquemtica que predominava em toda a

industria electrnica e esta grande virtude que permite que um grande nmero de equipamentos

que antigamente ocupava salas e salas de armrios compostos por painis electrnicos hoje

ocupa o mnimo espao possvel tal como um computador que noutros tempos no muito

longnquos ocupa-se grandes sales, hoje ocupa quase um palmo no nosso espao.

Assim, praticamente todos os sistemas electrnicos modernos dependem do uso de circuitos

integrados que numa nica pastilha de silcio contm centenas ou milhares de componentes.

Obtm-se uma medida relativa do nmero de dispositivos semicondutores indivduos contidos

nessa pastilha atravs da sua escala de integrao.

0.1


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e Microprocessadores 1.1

Circuitos Integrados

1 CIRCUITOS INTEGRADOS

Os circuitos integrados so componentes electrnicos de pequeno tamanho que realizam total

ou parcialmente a funo de um ou mais circuitos electrnicos com a ajuda de um reduzido

nmero de componentes adicionais.

Os circuitos integrados empregam-se em toda a classe de equipamentos electrnicos como

computadores, satlites articiais, instrumentos para medicina, etc., sendo o seu tamanho um

factor primordial com abilidade e facilidade de montagem.

Nos receptores de televiso, por exemplo, um reduzido nmero de circuitos integrados pode

representar vantajosamente um nmero extraordinrio elevado de componentes.

A gura 1.1 mostra-nos um circuito electrnico com os seus componentes e ligaes, enquanto

que a gura 1.2 mostra-nos um circuito integrado com a mesma funo.

Fig. 1.1 Complexo electrnico constituinte de um circuito integrado

Fig. 1.2 Circuito integrado de montagem vertical


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e Microprocessadores1.2


Fig. 1.3 Constituio interna dum circuito integrado

1.1 CONSTITUIO BSICA DO CIRCUITO INTEGRADO

O circuito integrado propriamente dito constitudo por uma placa semicondutora de reduzidas

dimenses sobre a qual se encontram os elementos do circuito integrado.

As interligaes entre os elementos e os pontos de ligao constituem os terminais de ligao do

circuito integrado.


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Fig. 1.4 Constituio interna do circuito integrado

Elementos do circuito so as partes identicveis de um circuito integrado tal como transstores, dodos,

resistncias, bobines condensadores, etc.

De acordo com a funo realizada, os elementos do circuito so normalmente denominados de

elementos activos com transstores e dodos e elementos passivos como por exemplo resistncias

bobinas e condensadores.

1.2 CLASSE DE CIRCUITOS INTEGRADOS

De acordo com a sua estrutura, os circuitos integrados podem classicar-se em dois grandes grupos:

Os circuitos integrados monolticos

Os circuitos integrados hbridos


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Os integrados monolticos constituem o grupo mais importante e assim, mais nmeros e dependentemente

da sua estrutura interna so concebidos para se relacionarem com outros circuitos.

Os circuitos integrados hbridos, por sua vez, um grupo menos numeroso que tem como posio bsicaem qualquer circuito electrnico o estado nal de tudo o tipo de equipamento electrnico.

Normalmente os circuitos hbridos, tal como o nome indica so circuitos com caractersticas xas que

impossibilitam trocas ou tratamentos d sinais no interior deste tipo de integrados.

O exemplo mais banal de circuitos integrados so os andares nais de amplicadores de potncia

imediatamente antes dos altifalantes.

De acordo com a funo que realizam, os circuitos integrados classicam-se em dois grandes grupos:

Os circuitos integrados lineares ou analgicos

Os circuitos integrados digitais ou lgicos

No caso dos circuitos integrados lineares ou analgicos, os sinais de sada de sada so do mesmo tipo

que na entrada.

Analgico signica correspondente ou semelhante a ou ainda de igual comportamento.

Portanto, um circuito analgico um circuito cujo estado de sada corresponde ao estado de entrada, isto

, um circuito cujos estados de sada no se limitam a estados limitados com caractersticas distintas.

Se nos casos em relao entre as tenses do sinal de sada e do de entrada linear ou praticamente

linear, e se pretende realar esta caracterstica, fala-se em circuitos em vez de se empregar a expresso

circuitos analgicos.

Os circuitos analgicos so na sua maioria circuitos amplicadores e, entre os circuitos amplicadores

analgicos integrados, os mais importantes so os amplicadores operacionais (tambm chamados de

amplicadores aritmticos).

Desembrenham um papel importante os circuitos de comparao de tenso (detectores de nvel) e os

circuitos seguidores de tenso (ambos os tipos derivam do amplicador operacional), assim como os

circuitos de manuteno de tenso contnua (reguladores de tenso).

No caso dos circuitos digitais, a caracterstica tpica dos circuitos digitais consiste em poderem adoptar

apenas um nmero limitado de estados de sada.


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Tratando-se de circuitos digitais integrados, quase sempre se obtm apenas dois estados de sada:

Estado : margem low, baixo: 0 a 0,3 [Volt]

Estado 1: margem high, alto: 5 a 6 [Volt]

Os circuitos com estados de sada determinados, alimentam-se geralmente com tenses de sinal de

entrada cujos valores correspondem s margens desses estados de sada.

Os circuitos digitais com apenas dois estados de sada denominam-se mais exactamente por circuitos

binrios.

A palavra binrio, como natural, refere-se ao nmero de estado possvel ou 1.


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Circuitos Analgicos

2 CIRCUITOS ANALGICOS

2.1 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS (Amp- Ops)Tal como muitas outras palavras utilizadas em electrnica tambm aqui o nome de amplicador

operacional o resultado de uma denominao anglo-americana deste componente Operational

Amplier.

Operacional signica que se trata de um amplicador que, no mbito de um circuito mais amplo, pode

desempenhar funes importantes.

No entanto, a nica funo de um amplicador deste tipo a amplicao, e no a execuo de

operadores de qualquer tipo. Estes amplicadores operacionais so frequentemente designadostambm por amplicadores aritmticos ou amplicadores calculadores.

2.1.1 CARACTERSTICAS BSICAS DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Um amplicador operacional tem dois terminais de entrada e um terminal de sada.

Fig. 2.1 Smbolo do amplificador operacional

As caractersticas deste amplicador so:

Amplicaes de tenso muito elevada;

Resistncia de entrada muito elevada;

Resistncia de sada baixa.

Cada amplicador operacional constitui um circuito formado por muitos elementos tais como transstores,

dodos e resistncias.

As ligaes interiores dos diferentes tipos de amplicadores operacionais tm pouco interesse para

o utilizar, precisando este, de saber apenas as caractersticas elctricas que se podem detectar e o

aproveitamento dos terminais exteriores do componente.


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Circuitos Analgicos

No diagrama de blocos da gura 2.2, pode-se apreciar a constituio do amplicador operacional que

formado em princpio de trs andares: o andar de entrada, constitudo por um amplicador diferencial, o

andar intermdio e o andar nal constitudo normalmente por um s sistema transistorizado.

Fig. 2.2 Esquema bsico de um amplificador operacional

A gura 2.3 representa um circuito interno muito simples de um amplicador operacional integrado.

Existem porm amplicadores operacionais integradas, equipados com mais do dobro de transstores

e ainda maior nmero de resistncia.

Fig. 2.3 Representao esquemtica interna dum amplificador operacional

Fig. 2.4 Amplificador operacional mA 7.9


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Circuitos Analgicos

Como a gura 2.4 pretende demonstrar, o circuito integrado mA 709 um amplicador operacional de

aplicao geral.

Tem aplicao prtica em sistemas de medida de controlo, recepo de sinais de sensores em unidadesde controlo electrnico, amplicadores de todas as classes e gerao de funes, conversores

analgico-digitais.

2.1.2 TENSES DE ALIMENTAO

Os amplicadores operacionais trabalham geralmente com duas tenses de alimentao como se

representa pela gura 2.5.

Fig. 2.5 Alimentao com fonte Fig. 2.6 Alimentao com fonte

simtrica simples

Estas tenses parciais Vb+ V

b-so referidas ao ponto neutro da tenso de alimentao que, para o

amplicador operacional, desempenha com frequncia o papel de massa.

So necessrias duas tenses parciais de alimentao mesmo no caso de o amplicador operacional

no ter nenhum terminal de neutro ou de massa.

Em geral, ambas as tenses parciais tm uma grandeza igual. Os seus valores nominais so, por

exemplo +12V e 12V ou +15V e 15V. H a possibilidade de escolher o valor da tenso entre limites

bastante amplos (entre 5V e 20V aproximadamente).

Existem igualmente amplicadores operacionais para valores das duas tenses parciais de alimentao,

diferentes entre si. Neste caso, vulgar que o valor de Vb-

seja metade de Vb+

.

Nos circuitos de controlo e regulao no se efectua a subdiviso das tenses, actuando o plo negativo

de tenso de alimentao como ponto neutro desta. Ver gura 2.6.


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Circuitos Analgicos

2.2 EXEMPLOS PRTICOS DO USO DE AMPLIFICADORES OPE- RACIONAIS

O indicador o nvel de reserva do depsito de combustvel poder ser constitudo por um sistema

elctrico que funciona por meio dum tradutor construdo com base em amplicadores operacionais

como se apresenta na gura 2.7.

Fig. 2.7 Indicador de nvel de reserva do depsito de combustvel

Analisando a gura 2.7 observamos que o terminal de entrada positiva e negativa esto ligados a dois

potencimetros um dos quais ajusta e estabelece o valor de tenso que o amplicador operacional

considera como nvel mnimo de combustvel no depsito.

Quando o nvel de combustvel diminui no interior do depsito, o potencimetro que est acoplado

mecanicamente bia de nvel, movido chegando o cursor do mesmo potencimetro a um ponto.

O nvel de tenso que entra no terminal positivo do amplicador operacional corresponde a um nvel de

tenso que comparativamente ao nvel de tenso estabelecido pelo primeiro potencimetro far com

que o amplicador operacional tenha no terminal de sada uma tenso suciente para acender o led que

sinaliza o ponto de reserva do depsito de combustvel.

Seguindo o exemplo anterior podemos construir um indicador de nvel composto por vrios estadosdum modo digital como se apresenta na gura 2.8.


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Circuitos Analgicos

Fig. 2.8 Indicador progressivo de nvel de combustvel

Estabelecendo diferentes valores de tenso atravs dos potencimetros b) faz-se corresponder a

diferentes padres de comparao nos amplicadores operacionais.

medida que o nvel no depsito diminui, os amplicadores vo comparando o nvel de tenso pr

- determinado em b) com o potencimetro em a) que traduz a realidade em causa, que o nvel de

combustvel.

Os potencimetros devem estar ajustados de tal forma que medida que o nvel de gasolina baixa,

os leds verdes deixam de acender progressivamente at ao ponto que car somente o led vermelho

acesso. Isto signica que o depsito contem pouca quantidade de combustvel.


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Circuitos Analgicos

2.3 CONVERSORES ANALGICO-DIGITAL

Com base no funcionamento dos circuitos anteriores, podemos debruar-nos desde j um pouco sobre

o funcionamento dos conversores de sinais analgico digitais.

2.3.1 SINAIS ANALGICOS

Os sinais analgicos so todos aqueles que se apresentam constantes ao longo do tempo. Podem

diferir e variar em amplitude bem como em frequncia, sendo contnuos ao longo do tempo.

O alternador, por exemplo, gera uma tenso para recarregar a bateria de um automvel gerando assim

um sinal analgico presente em cada uma das suas fases como se apresenta na gura 2.9.

Fig. 2.9 Sinal analgico

Na gesto de um motor a gasolina, todos os sensores geram sinais analgicos que depois de enviados

para a unidade electrnica de comando so convertidos em sinais digitais de modo a poderem ser

tratados por microprocessadores.

2.3.2 SINAIS DIGITAIS

Os sinais digitais so diferentes dos sinais analgicos pois no so contnuos ao longo do tempo,

podendo manter a mesma amplitude mas em tempos diferentes.

Os sinais digitais comportam-se como degraus de uma escada em que cada degrau toma a amplitude

de 5 Volt, correspondendo ao valor lgico 1 e quando o estado apresenta 0 Volt toma o valor lgico

de 0.


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Circuitos Analgicos

Fig. 2.10 Sinal digital

Nagura 2.11 apresenta-se varias formas de onda dum circuito digital em funo da variao do sinal

digital de relgio CLK, na gura 2.12 o quadro respectivo dos estados sucessivos deste mesmocircuito.

Fig. 2.11 Sinais digitais

Estados sucessivos Qc Qb Qa

Estado inicial 0 0 0

1. transio CLK 0 0 1








Tab. 2.1 Tabela de estados de transio


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Circuitos Analgicos

2.3.3 CONVERSORES DE SINAL

Analisando o circuito das guras 2.7 e 2.8 conclumos que a informao que tratada pelos amplicadores

operacionais traduzida por sinais analgicos na sada obtemos um sinal digital que corresponde aoestado dos leds (ligados estado 1, desligado estado 0).

Fig. 2.12 Conversor analgico-digital

Injectando um determinado sinal analgico em Entrada de sinal, possuindo este sinal uma frequncia

bastante baixa (cerca de 0,5 Hz), e regulando os potencimetros em b) com valores de resistncia

crescente de cima para baixo, observamos que os leds vo ligando progressivamente de cima para

baixo em funo da regulao dos potencimetros b).

Os leds ligam conforme o valor da tenso da amplitude do sinal analgico injectado na entrada do

circuito constituindo um sinal formado por degraus o que constitui um sinal digital (ver gura 2.13).


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Circuitos Analgicos

Fig. 2.13 Converso de sinal analgico em digital

Como dever constatar mais adiante com o estudo mais pormenorizado sobre o funcionamento de

unidades electrnicas de comando, este tipo de montagens marca o tipo de circuitos presentes na

entrada de informao, portanto o andar de entrada de tratamento de sinais sendo um elo importante

de ligao entre todos os sensores e a unidade electrnica de comando (U.E.C).

Fig. 2.14 Esquema bsico de tratamento de sinal no interior da unidade electrnica de con-

trolo

Todos os actuadores so comandados pela unidade electrnica de comando com sinais digitais, sinais

traduzidos por formas de onda quadradas como mostra a gura seguinte (ver gura 2.15).


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Circuitos Analgicos

Fig. 2.15 Tipos de formas de onda produzidos por sensores e pela unidade electrnica

de controlo para comando de actuadores


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Circuitos Digitais

3 CIRCUITOS DIGITAIS

3.1 FAMLIAS LGICASOs circuitos integrados de que dependem os modernos circuitos digitais pertencem a vrias famlias

lgicas.

Esta expresso descreve simplesmente o tipo de tecnologia semicondutora empregue no fabrico do

circuito integrado.

Esta tecnologia bastante til para determinar as caractersticas de um determinado dispositivo.

Isto, no entanto, bastante diferente das caractersticas prprias, e envolve critrios to importantes

como a alimentao, a dissipao de potncia, a velocidade de comutao e a imunidade ao rudo.

As famlias lgicas mais conhecidas, pelo menos no que se refere aos dispositivos de uso geral mais

bsicos, so as famlias de integrado CMOS (semi-condutor) metal-xido complementares) e a lgica

transistor-transistor (TTL).

A famlia de integrados TTL dispe de vrias sub-famlias como iremos ver mais adiante, que concede

a esta famlia a particularidade de utilizao mltipla.

Apresentamos de seguida, os circuitos internos de portas AND de duas entradas do tipo CMOS e do

tipo TTL, na gura 3.1.

A gama mais comum de dispositivos lgicos TTL convencionais designada pela srie 74.

Estes dispositivos distinguem-se pelo uso do prexo 74 nos respectivos cdigos.

Nestas condies, todos os circuitos codicados como por exemplo: 7400, 7408, 7432 e 74121 so

membros da famlia TTL, considerada muitas vezes como TTL Standard.

Existe uma sub-famlia com maior aplicao em circuitos de comutao lenta, distinguindo-se dos

outros pelas letras LS.

Os componentes correspondentes sero portanto 74LS00, 74LS08, 74LS32 e 74LS121.


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Circuitos Digitais

Fig. 3.1 Portas AND de duas entradas de CMOS e TTL

Os dispositivos CMOS mais populares fazem parte da srie 4000 e so codicados com o prexo 4.

Nestas condies, os integrados 4001, 4174, 4501 e 4574 so todos eles dispositivos CMOS.

Estes recebem muitas vezes uma letra de suxo A para indicar a srie original hoje obsoleta, e B para

indicar a srie que a substitui.

Outros caracteres usados, principalmente nos cdigos dos dispositivos TTL so:

C Verso CMOS do dispositivo TTL correspondente

F Fast - uma verso de alta velocidade do dispositivo

H Verso de alta velocidade (high switch)

S Schotthy (um nome resultante da congurao do circuito de entrada)

MC Verso CMOS de alta velocidade (com entradas compatveis CMOS)

MCT Verso CMOS de alta velocidade (com entradas compatveis TTL)

3.2 ALIMENTAO DE INTEGRADOS CMOS E TTL

A maior parte dos sistemas lgicos TTL e CMOS so concebidos para funcionar usando uma nica

tenso de alimentao de 5 V nominais.


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Circuitos Digitais

3.2.1 REGULADORES INTEGRADOS

A maior parte das alimentaes CMOS e TTL empregam simples reguladores de tenso integrados detrs terminais.

Estes dispositivos prticos esto idealmente adaptados manuteno duma linha de alimentao bem

regulada, permitindo ainda dispor de outras vantagens como a limitao interna de corrente e corte

trmico.

Na gura 3.3 mostram-se alguns suportes tpicos dos reguladores de tenso.

Fig. 3.2 Cpsulas geralmente usadas nos reguladores de tenso monolticos de trs

terminais

Fig. 3.3 Esquema de circuito de uma unidade de alimentao tpica usado para circuitos lgicos digitais (osnmeros no interior dos crculos correspondem a postos de teste sugeridos)

Um transformador de reduo T1, constitui uma fonte de corrente alterna de baixa tenso para a ponte

recticadora D1 D

4.

A tenso secundria do transformador da rede geralmente de cerca de 9 ( V ) e, depois da recticao,

produz uma tenso contnua (no regulada) de aproximadamente 12 ( V ) desenvolvida atravs do

condensador C1.


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Circuitos Digitais

A sada do regulador, a + 5 ( V ) nominais, passada linha de alimentao e desacoplada por C4. Dois

outros condensadores, C2e C

3, de uma valor ligeiramente inferior (sempre do tipo no electroltico, so

geralmente montados perto dos terminais o regulador.

Permitem um desacoplamento ecaz e altas frequncia, e so teis para contrariar qualquer instabilidade

de alta frequncia que possa decorrer das reactncias eventuais associadas s ligaes no interior do

regulador.

Num automvel, a tenso predominante em todos os circuitos a tenso de + 12 ( V ) da bateria.

Normalmente os circuitos integrados que compem a gesto electrnica, por exemplo de comando

de injeco do motor, so alimentados por uma tenso de + 12 V presente no terminal positivo de

alimentao da gesto electrnica.

Este valor de tenso, muitas vezes no regulado quando os componentes em jogo so pertencentes

famlia CMOS.

Assim, todos estes integrados funcionam com uma tenso de alimentao de 12 V oriundo da bateria.

Quando os componentes so da famlia TTL geralmente recorre-se a um ou mais integrados reguladores

do tipo estudado anteriormente que tm como funo a regulao dos 12 V da bateria para 5 V que

constitui a alimentao base destes integrados.


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Portas Lgicas

4.1

4 PORTAS LGICAS

Quem se inicia no estudo dos circuitos digitais sente-se muitas vezes confuso devido ao facto de

estes circuitos diferirem bastante dos analgicos. Isto no surpreendente se recordar que os circuitos

digitais podem estar completamente desprovidos de elementos to vulgares como resistncias, dodos

e transstores. Os circuitos digitais so compostos por autnticos blocos de montagem de circuitos

integrados (portas lgicas, biestveis, memrias, etc).

Os circuitos digitais funcionam com uma linguagem prpria que denominamos de binrio que provem

de um estudo aprofundado dos sistemas de numerao.

4.1 SISTEMAS DE NUMERAO

4.1.1 DESCRIO DOS SISTEMAS DE NUMERAO

De seguida, vamos estudar os seguintes sistemas de numerao:

Dcimal

Binrio

Estes sistemas diferem um do outro pelo nmero de algarismos ou dgitos que cada um utiliza :

Dcimal utiliza DEZ DGITOS: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Binrio utiliza DOIS DGITOS: 0, 1

4.1.1 1 SISTEMA DECIMAL

o mais utilizado na linguagem corrente dos povos no seu dia a dia. Baseia-se no facto do homem ter

DEZ dedos.

Utiliza dez algarismos ou dgitos: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Por isso se diz que a base deste sistema de

numerao dez (10).

Cada dgito tem um valor numrico que depende da posio que ocupa num nmero: posio das

unidades, posio das dezenas, posio das centenas, etc.


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Portas Lgicas

EXEMPLO:

O dgito das unidades, ou seja o mais direita num nmero inteiro, chama-se dgito menos signicativo

(LSD Least Signicant Digit), porque o que tem menos peso no nmero.

O dgito mais esquerda do nmero o dgito mais signicativo (MSD Most Signicant Digit), porque

o que tem mais peso no nmero.

EXEMPLO:

Tab. 4.1 Quadro de potncias de dez

Em consequncia do que foi referido, qualquer nmero pode ser decomposto em funo das potncias

da sua base, isto , dos valores posicionais PESO dos seus dgitos.

Exemplo para um nmero inteiro:

Exemplo para um nmero fraccionrio:

4.1.1 2 SISTEMA BINRIO

o mais utilizado em sistemas digitais porque se baseia nos dois estados possveis dos elementos

neles utilizados, isto , o transstor conduz ou no conduz, contacto aberto ou fechado , h tenso ou

no, etc.


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Portas Lgicas

Utiliza DOIS algarismos ou dgitos, 0 e 1. Por isso se diz que a base deste sistema de numerao

dois (binrio).

Cada dgito tem um valor numrico (0 ou 1) e um valor posicional. Chama-se BIT, a abreviatura deBinary Digit (dgito binrio).

Tab. 4.2 Contagem em binrio

Analisando a tabela 4.2 pode ver-se que conforme o nmero de dgitos (0 e 1) dependendo dos pesos,

presentes no topo da tabela podemos aumentar a prestao da nossa mquina de 1 bit para 16 bit

conforme a quantidade de sadas que esta possa ter.

A unidade electrnica de comando de um veculo trabalha normalmente a 16 bit (embora alguns

fabricantes apostem j em U.E.C de 32 bits).

O maior numero de bits (8,16,32,64,128....) dar origem a um controlo cada vez mais preciso.

4.2 DISPOSITIVOS BINRIOS

4.2.1 LGEBRA DE COMUTAO

Os actuadores mecnicos (interruptor, comutador) e os actuadores electromecanicos (rels) podem ter

vrios contactos associados.


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Portas Lgicas

Na posio de repouso do actuador, os contactos podem estar fechados (normaly closed, NC) ou

abertos (normally open, NO). Os contactos associados a um actuador so todos designados pelo nome

atribudo varivel actuador e so representados em esquema na posio de repouso, isto , com

o actuador desactivado. A gura 4.1 mostra duas simbologias equivalentes, sendo o da gura 4.1b) amais utilizada.

a) Contactos associados a actuadores mecnicos

b) Simbologia sucinta de a)

Fig. 4.1

Interligando contactos de vrios actuadores, criam-se malhas com as que se mostram na gura 4.2.

A malha da gura 4.2 a) descrita pela expresso booleana F=B no seguinte contexto:

A e B so variveis binrios independentes interruptores com contactos normalmente abertos a que

se atribui o valor lgico 1 quando actuados e o valor lgico 0 quando no actuados.

F uma varivel binria dependente lmpada a que se atribui o valor 1 quando acesa e o valor

lgico 0 quando apagada.

Fig. 4.2 Representao em malhas de comutao e tabelas de verdade das operaes lgicas AND, OR e NOT


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Portas Lgicas

O valor F diz-se resultado da operao AND entre as variveis A e B, pois que s toma o valor lgico 1,

quando ambas as variveis tiverem o valor 1, gura 4.2b).

A malha da gura 4.2c) descrita pela expresso booleana F=A+B. O valor de F diz-se resultado daoperao lgica OR entre as variveis A e B, dado que s toma o valor lgico (gura 4.2).

A malha da gura 4.2 e) descrita pela expresso F=A (A um interruptor com contacto normalmente

fechado).

O valor de F dado na gura 4.2 f).

Atravs das operaes AND, OR e NOT, pode representar-se algebricamente qualquer malha de

comutao.

a) Malha original; b) Tabela de verdade; c) Malha simplicada equivalente

Fig. 4.3 Simplificao de uma malha de comutao utilizando mtodos algbricos

Considera-se a malha da gura 4.4 a). Por simples observao extrai-se a expresso:

F = A. B.C+C + A

A lmpada ca apagada quando ocorre A.B.Clogo,

F = A.B.C

Observe a seguinte aplicao:

Tab. 4.3 Estados da funo


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Portas Lgicas

A demonstrao analtica baseia-se nas regras de clculo j referidas:

Na gura 4.5 e 4.6 a demonstrao feita atravs dos circuitos lgicos bsicos.

Fig. 4.5 Converso das expresses para circuitos lgicos

Fig. 4.6 Circuito lgico mais simplificado

4.2.2 O DODO COMO DISPOSITIVO BINRIO

O dodo pode ser considerado como dispositivo

binrio, encarando-se o seu comportamento ex-

clusivamente em termos de corte e conduo.

Fig. 4.7 Smbolo e curva ca-

racterstica tenso -

corrente do dodo


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Portas Lgicas

Malha (e): s o dodo D1conduz, pois a tenso em D

1e a queda de tenso na resistncia de 100 ohm

no so sucientes para que D2e D

3conduzem;

I = I1= (10 0,7) / (2,1 103) = 4,4 mA

I2= 0

V = 0,7 + 100 4,4 103= 1,14 V

4.2.3 O TRANSSTOR COMO DISPOSITIVO BINRIO

o transstor pode ser um dispositivo binrio, encarando-se o seu comportamento exclusivamente emtermos de corte e saturao. A gura 4.9 mostra o smbolo de um transstor NPN, e a gura 4.9 b)

mostra uma aproximao linear por traos das caractersticas de um transstor.

Fig. 4.9 a)Smbolo grfico, tenses e correntes num transstor NPN; b)Aproximao linear por troos das ca-

ractersticas de um transstor

A corrente de emissor a soma da corrente de base com com a corrente de colector:

Ie= I

b+ I

e

Em condies normais de funcionamento, a barreira base-emissor est polarizada conduo (Vbe =

0,7 [V]) e a barreira base-colector est polarizada ao corte (tenso de colector maior que a tenso de

base).


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Portas Lgicas

Em funcionamento no regime linear (entre o corte e a saturao), a corrente de colector Ic proporcional

corrente Ibinjectada na base ( Ic = hfe.I

b, hfe entre 30 e 200), tornando-se menor que hfe. I

bquando

o transstor levado saturao por corrente de base.

O factor de amplicao de corrente hfe, tambm referido na literatura por.

Quando na saturao, s duas barreiras cam polarizadas no sentido da conduo:

Vbe = 0,7 V

Vbc = (0,7 Icsat.Rsat).V

Vce = I csat. Rsat.

O transstor saturao comporta-se quase como um curto-circuito (Rsat tpico entre 20 e 40 ohm). A

corrente I csat exclusivamente dependente de Vce, Rc e Rsat.

Quando Vbe 0,7 V, a corrente injectada na base ser nula, e nesse caso Ic=0.

O transstor diz-se ento estar ao corte, apresentam-se como um circuito aberto entre o colector e o

emissor.

Exemplo:

Considera-se o circuito da gura 4.10 com Vi = 5V calcular:

a) V0 para Rb = 300K

b) Rb mximo para que o transstor seja levado saturao

c) V0 e Ic para Rb = 10 K

d) Factor de saturao denido como f sat = lb / Ib minsat

e) Determinar V0 com Vi = [V]

Fig. 4.10 Malha de comutao a transstor


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Portas Lgicas

d) Quando Vi = 0, obviamente no estamos a polarizar conduo a barreira base emissor (Vbe

= 0 V), donde Ib=0 e consequentemente Ic = 0 e V0 = Vcc = 5 [V].

4.2.4 PORTAS LGICAS A DODOS

Portas lgicas electrnicas so dispositivos com n entradas e uma sada, envolvendo dodos e

transstores em comportamentos binrios, e que realizam operaes lgicas numa correspondncia

margens de tenso valores lgicos.

a) Malha a dodos interpretada como circuito lgico; b) Smbolo grco; c) Equivalncia margem de tenso

valor lgico; d) Tabela de valores de tenses e correspondentes valores lgicos; e) Tabela de verdade

Fig. 4.11 Porta AND

Veja-se o circuito a dodos da gura 4.11 a) com a correspondncia tenses-valores lgicos mostrada

na gura 4.11 c).

As variveis lgicas presentes s entradas A e B so signicativas como 0 ou 1, consoante se situem

respectivamente entre o e 0,8 V, ou entre 2,5 V e 5 V.

Valores de tenso entre 0,8 V e 2,5 V so ambguos, pelo que se probe a sua ocorrncia em condies

normais de utilizao. A sada S ser signicativa em valor lgico, segundo a mesma regra da

correspondncia.

Admitindo que as entradas A e B tomam tenses de 0 V e +5 V correspondentes respectivamente

aos valores lgicos 0 e 1, por anlise do comportamento dos dodos constata-se que bastar uma


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Portas Lgicas

das entradas ter presente 0 V para que a sada que tambm presente 0 V (valor lgico 0 V). S quando

em ambas as entradas estiver presente +5 V, a sada (no carregada) ter presente +5 V (valor lgico

1).

Testando todas as hipteses possveis, obtm-se o quadro de resultados da gura 4.9 d).

O circuito realiza a operao lgica AND, a que corresponde a tabela de verdade da gura 4.11 e) e o

smbolo grco da gura 4.11 b).

Considere-se agora o circuito a dodos da gura 4.12.

a) Malha a dodos, b) Tabela de verdade; c) Smbolo grco

Fig. 4.12 Porta OR

S quando ambas as entradas estiverem a [V], a sada car a [V]. Nos outros casos (VAou V

Ba

+5 V), sada ter presente +4 [V]. Isto equivale a dizer que a sada s tomar o valor lgico quando

ambas as entradas tomarem o valor .

Designao da operao lgica OR, a que corresponde a tabela de verdade da gura 4.12b)) e o smbolo

grco da gura 4.12c). As malhas lgicas AND e OR podem ser interligadas, realizando malhas mais

complexas como se mostra na gura 4.13.

a) De malhs a dodos AND e OR; b) Smbolo grco e expresso booleana

Fig. 4.13


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Portas Lgicas

4.2.5 PORTAS LGICAS A DODOS E TRANSSTORES

As malhas a dodos prestam-se realizao de portas lgicas AND e OR mas so incapazes de realizara operao NOT. Esta operao , no entanto, vocao natural do transstor. A montagem a transstor

mostrada na gura 4.14 realiza a operao .

Com efeito, se VA= +5 V (valor lgico 1), o transstor est saturao, sendo portanto V

S= 0 V

(valor lgico 0), o transstor est ao corte e portanto VS = +5 V (valor lgico 1). A conjuno de

dodos e transstores permite realizar outras funes lgicas.

a) Malha a transstor

b) Tabela de verdade

c) Smbolo grco

Fig. 4.14

4.2.6 - PORTA NAND A DODOS E TRANSSTORES

Denomina-se NAND, uma porta que apresenta sada o complemento do AND das suas entradas.

Para realizar a dodos e transstores uma porta NAND, basta associar uma malha AND e dodos (gura

4.15).

A porta s ter presente sada o valor lgico 0 (transstor saturao), quando no ponto X estiver

presente +4 [V].

Tal hiptese s acontece quando os dodos de entrada estiverem ao corte (A = 1, B = 1).

Fig. 4.15 Porta NAND a dodos e transstores


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Portas Lgicas

Operao AND - Interseco - Produto Lgico

Denio: Operao sobre n variveis que s toma o valor 1 quando todas as variveis

tiverem o valor 1

Smbolo Lgico Tabela de verdade Propriedades

A . 1 = A

A . 0 = 1

A . A = A

A . A = 1

A . B = B . A

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

Operao NOT Complementao Inverso Lgica

Denio: Operao sobre uma varivel (ou expresso booleana) de que resulta a inver-

so do seu valor lgico

Smbolo Lgico Tabela de verdade Propriedades

A = A

A = A

A . B . C = A + B + C

A + B + C = A . B . C

Fig. 4.17 Smbolos lgicos e tabelas de verdade de algumas portas lgicas co-

muns (continuao)

BUFFERS

Os buffers no afectam o estado lgico de um sinal digital (ou seja, uma entrada lgica 1 produz uma

sada lgica 1, tal como uma entrada lgica produz uma sada lgica ).

Os buffers so normalmente usados para fornecer uma corrente extra na sada, mas podem ser tambm

usadas para regularizar os nveis lgicos presentes num interface.

INVERSORES

Os inversores so usados para complementar o estado lgico (ou seja, uma entrada lgica 1 produz

uma sada lgica, e vice versa). Alm disso fornece uma corrente extra e, tal como os inversores, so

usados como interface entre outras aplicaes.


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Portas Lgicas

AND

As portas AND produziro uma lgica 1 quando todas as entradas se encontram simultaneamente a

esse nvel. Qualquer outra combinao de entradas provoca uma sada lgica 0.

NAND

As portas NAND produzem ma sada lgica 0 quando todas as entradas se encontram simultaneamente

ao nvel lgico 1. Qualquer outra combinao de entradas produz uma sada 1.

A porta NAND portanto, nada mais do que uma porta AND invertida.

OR

AS portas produzem uma sada lgica 1, desde que uma ou mais entradas a esse nvel lgico. Por

outras palavras, uma porta OR produzir uma sada lgica 0 apenas quando todas as suas entradas

forem simultaneamente 0.

NORAs portas NOR produzem uma sada lgica 1 apenas quando todas as entradas se encontram

simultaneamente ao nvel lgico 0.

Qualquer outra combinao produzir uma sada 0. A porta NOR portanto uma porta OR invertida.

Usa-se novamente um crculo na sada para indicar esta inverso.

OR - EXCLUSIVO

As portas OR exclusivo produziro uma sada lgica 1 quando qualquer das entradas 1 e a outra

0.

Estas portas produzem um valor lgico zero na sada, sempre que ambas as entradas possuem o

mesmo estado lgico (ou seja, quando ambas so logicamente 0 ou 1).

De seguida apresentamos um conjunto de integrados nos quais esto presentes os pernos e asrespectivas portas lgicas que os compem.

Isto tem grande utilidade quando pretendemos seleccionar um integrado para funcionar num determinado

circuito.

Por outro lado, serve para car com a ideia da disposio das portas lgicas no circuito integrado.


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Portas Lgicas

4.4 EXEMPLO PRTICO COM PORTAS LGICAS

Pretende-se projectar um circuito para o limpa pra-brisas de um automvel. O motor do limpa pra-

brisas deve funcionar nas seguintes condies:

1. Quando a chave de ignio e o comutador do limpa pra-brisas estiverem ligados

(ON).

2. Quando a chave de ignio estiver ligada (ON)e o comutador do limpa pra-brisas

estiver desligado (OFF) e as escovas do limpa pra-brisas no estiverem na posi-

o de repouso.

Em qualquer outro caso o limpa pra-brisas deve estar fora de operao.

Para resolver um problema deste tipo deve proceder-se da seguinte forma:

1 - Sintetizar bem o enunciado do problema.

2 - Escolher as variveis.

3 - Fazer tabela de verdade.

4 - Equacionar o problema deduzindo a expresso respectiva atravs da tabela deverdade.

5 - Simplicar a expresso obtida.

6 - Implementar o circuito.

Aplicando a sequncia de passos ou etapas ao exemplo dado, ter-se- o seguinte:

1 - A sintetizao j est feita no enunciado apresentado.

2 - Escolha das variveis.

Varivel de sada: o estado de funcionamento do motor do limpa pra-brisas (LPB) que iremos

designar por M.


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Portas Lgicas

4- Deduzir a expresso lgica atravs da tabela de verdade

Na tabela de verdade verica-se quais as condies das variveis de entrada que tornam verdadeira avarivel de sada. Assim M=1 se vericar-se a condio VI OU(OR) a condio VII OU(OR) a condio

VIII.

A condio VI C=1 E(AND) S=0 E(AND) P=1.

Analogamente se poder concluir:

A condio VII :C=1e S=1 e P=0

A condio VIII: C=1 e S=1 e P=1

Estas condies so traduzidas na seguinte expresso:

A expresso complementar ser:

Esta expresso corresponde ao motor do limpa pra-brisas parado.

Chegmos, portanto, expresso que traduz as condies de funcionamento pretendidas:

A sua implementao directa traduz-se no seguinte circuito:

Fig. 4.18 Circuito lgico do funcionamento do limpa pra-brisas


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Unidades de Memria

5.1

5 UNIDADES DE MEMRIA

5.1 MATRIZES A DODOS - ROMAs malhas de comutao a dodos podem ser interligadas, por forma a realizar funes AND OR,

como se mostra na gura 5.1a ).

Esta malha pode tomar a topologia de uma matriz gura 5.1b), que por sua vez pode ainda apresentar

como mostra a gura 5.1c), desde que se adopte uma notao abreviada.

Fig. 5.1 Representaes equivalentes de uma malha a dodos que realiza a funo S = AB + CD

Assim, com matrizes de dodos podem realizar-se toda as funes booleanas, desde que se disponha

entrada das variveis e respectivos complementos. A gura 5.2 mostra a implementao em matrizes

de dodos de uma funo booleana dada por uma tabela de verdade.

Utilizam-se portas NOT para a complementao das entradas.

As matrizes de dodos podem tambm ser encaixadas como estruturas ROM (Read Only Memory).

Entende-se como ROM um sistema que armazena informao binria em palavras de n valores

lgicos ou bits, capazes de serem lidas (isto , carem presentes sada), quando adequadamente

endereadas.


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Unidades de Memria

Fig. 5.2 Implementao de uma funo booleana em matriz de dodos

Dispomos de diversos tipos de memrias, algumas permitem o armazenamento permanente de

programas e dados, dizendo-se portanto que no so volteis, isto a informao gravada de inicio

permanece indenidamente no sistema.

Como foi visto, a ROM um bom exemplo pois a colocao dos dodos ao longo da rede dita a

sequncia como o sistema funcionar.

Outros tipos de memria permitem apenas um armazenamento temporrio (perdendo-se o seu contedo

quando a alimentao desligada). Este tipo de memria so volteis.

A maior parte dos sistemas com microprocessadores necessita de dispositivos de memria externos.

Estes dispositivos tendem a entrar em duas categorias diferentes: as memrias de leitura / escrita e as

de leitura apenas.

A memria de leitura / escrita simplesmente uma memria na qual se pode ler e escrever. Por outras

palavras, o contedo de memria pode ser modicado nossa vontade.

A memria apenas de leitura s pode ser lida, pois qualquer tentativa de escrever dados numa tal

memria no ter qualquer efeito no seu contedo.

Os exemplos mais bvios destes tipos de memria conhecidos so os discos compactos (caso de

memria apenas de leitura) e as tas em cassete usadas para gravar msica ou palavras) e as tas em

cassete usadas para gravar msica ou palavras. Depois de gravados, os discos compactos no podem

ser modicados, enquanto as tas em cassete podem ser apagadas e regravadas facilmente.


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Unidades de Memria

A programao da PROM morosa mas o equipamento necessrio simples e relativamente barato.

Esta programao consistem em seleccionar os dodos que cam na rede do componente gerando um

impulso de corrente nos restantes ramos que caram em aberto fundindo os fusveis que esto nessesramos, colocando assim esses dodos fora do circuito.

Existem outros sistemas PROM que em vez de conterem fusveis montados em srie com dodos, tm

outros dodos montados em serie com os primeiros mas inversamente polarizados, ver gura 5.4.

Fig. 5.4 Progamao da PROM por destruio do dodo

inversamente polarizado

Este tipo de PROM menos usual que a anterior, mas programada da mesma forma.

Os ramos da rede da PROM que so seleccionados para funcionar so imputados com uma corrente

de baixa intensidade por forma a queimar o dodo inversamente polarizado fazendo com que este entre

em curto circuito, estabelecendo o contacto com o dodo que constitura parte da rede programada.

5.1.3 MEMRIAS DE LEITURA PROGRAMVEIS REUTILIZVEIS

Os dois tipos de memria j citados, sofrem uma programao irreversvel. Depois de programado, o

dispositivo no pode ser apagado e regravado.

No entanto, existem memrias de leitura programveis que podem ser apagadas denominadas por

EPROM, permitindo a reprogramao do mesmo dispositivo.

As EPROM`s dispem de uma janela atravs da qual a luz pode atingir a matriz de clulas dememria.

Quando esta rea exposta a uma forte radiao ultravioleta durante vrios minutos, os dados nela

guardados so eliminados.

ento possvel reprogramar a EPROM usando um equipamento de baixo custo capaz de fornecer os

impulsos de corrente que iro determinar o estado de cada clula de memria.


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6.2 - MONOESTVEL

Para funcionar como monoestvel, o circuito 555 tem de tomar a conrurao como se apresenta na

gura 6.4.

Fig. 6.4 - Circuito monoestvel

Se aplicarmos um impulso negativo na entrada 2 como se v na gura 6.5 a), o ip-op activado e faz

um curto circuito ao condensador C do circuito exterior, levando a sada a um valor mximo de Vcc.

Ento a tenso aos terminais do condensador C comea a crescer exponencialmente com uma

constante de tempo = RAx C.

Quando a tenso aos terminais do condensador for igual a 2/3 Vcc o comparador faz um reset

desligando o ip-op, o qual faz com que o condensador se descarregue rapidamente levando a sadaa zero.

Fig. 6.5 - Formas de onda tpicas do circuito monoestvel

O circuito disparado com um impulso negativo quando o seu nvel atinge 1/3 Vcc.

Temporizadores


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O circuito uma vez disparado permanece neste estado at decorrer o seu tempo monoestvel.

O tempo em que a sada toma o valor de Vcc dado por:

T = 1.1 RA.C

Como a relao de carga e o nvel de (tenso limiar) so ambos directamente proporcionais tenso

de alimentao, temos assim que o intervalo de tempo independente da alimentao.

Se aplicarmos um impulso negativo simultaneamente ao terminal reset (terminal 4) e ao terminal de

disparo trigger (terminal 2) durante o chamado tempo de monoestvel descarrega-se o condensador

C e d origem a um novo ciclo de tempo.

Neste caso, o ciclo de monoestvel comea no anco ascendente do impulso de reset, ver gura6.6.

Fig. 6.6 - Forma de onde da disparo trigger e reset

6.3 - ASTVEL

Se ligarmos o circuito de modo seguinte,

isto , ligando o terminal 2 com o terminal

6 ele cria um auto-tigger disparando-se a

si prprio cando em oscilao livre, funcio-

nando assim como um multivibrador.

este circuito que tem larga aplicao prti-

ca em pisca-piscas.

Temos assim no circuito, devido s suas ca-

ractersticas, o condensador C a carregar-se

atravs de RA e R

B e a descarregar-se so-

mente atravs de RB.

Temporizadores

6.4

Fig. 6.7 - Circuito 555 como astvel


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Neste caso o condensador C a carregar-se e a descarregar-se entre 2/3 Vcc e 1/3 Vcc.

Tambm aqui como no caso do monestvel a frequncia de oscilao independente da tenso de

alimentao.

Fig. 6.8 - Formas ondas geradas pelo circuito 555 obtidos aos ter-

minais do condensador Vc e sada (terminal 3)

os tempos de permanncia em Vcc e 0, na sada so dados por:

t1= 0,693 - (RA+ RB) - C

t2= 0,693 R

B. C

O perodo total dado por:

T = t1+ t

2= 0,693R

AC + 0,693R

BC + 0,693R

BC = 0,693 (R

A+ 2R

B) x C

A frequncia de oscilao dada por:

f =1

=1.44

T (R

A+ 2R

B)C

6.5

Temporizadores


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Circuitos Sequenciais

7.1

7 CIRCUITOS SEQUENCIAIS

Como vimos anteriormente, nos circuitos formados por portas lgicas o valor lgico presente na sada

determinado somente pelos valores lgicos presentes nas entradas.

Nos circuitos sequenciais as sadas dependem tambm das condies anteriores a que o circuito

esteve sujeito.

Tal comportamento pressupe a existncia de memria, que guarda informao dos acontecimentos

passados.

Os circuitos de memria so sintetizados a partir de clulas de memria unitrias referidas como

circuitos biestveis ou ip-ops.

7.1 FLIP- FLOP

Um ip-op permite memorizar um bit de informao, dado que pode tomar em permanncia um de dois

estados possveis, entendendo como estado o valor lgico presente sua sada.

A gura 7.1 mostra um exemplo de um ip-op

tipo D, o qual iremos descrever o seu funciona-

mento.

Enquanto o terminal E (enable) tomar o valor lgico 1, o circuito mostra na sua sada Q o sinal igual da

entrada D, isto , a sada acompanhada a entrada D no seu valor lgico.

Logo que E transita de 1 para , e enquanto se mantiver , a sada (terminal Q) mantm-se ao valor lgico

que estava presente em D no instante da transio de T2. Isto , Q mantm em memria o valor que

estava presente em D no instante da transio de 1 para 0 de E e ser insensvel ao que ocorre em D

enquanto E se mantiver a zero.

A gura 7.2 mostra um i-op tipo D onde o ter-

minal E foi substitudo gracamente pelo ter-

minal onde ligado o impulso de relgio, clock

(CLK) que o responsvel por colocar o siste-

ma em andamento.

Fig. 7.1 Flip-flop tipo D,

smbolo lgico

Fig. 7.2 Flip-flop tipo D


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Circuitos Sequenciais

7.2

A gura 7.3 mostra o comportamento do ip-op tipo D. Neste caso o circuito toma a designao de

contador binrio mdulo 8 dado que o conjunto dos trs ip-ops, ao longo de sucessivas transies

de clock tomam estados que correspondem ao cdigo binrio natural da contagem mdulo 8 dos

impulsos de clock (CLK) na entrada.

A entrada D d informao de estado ao terminal servindo este de disparo de clk para o ip-op

seguinte.

a) Esquema lgico; b) Diagrama temporal de formas de onda nas sadas; c) Tabela de estados

Fig. 7.3 Ligao de trs filp-flops D como contador mdulo - 8

Existem outros tipos de ip-op`s como o caso do ip-op set-reset SR; o ip-op J-K e ainda o ip-

op T.

Foi seleccionado o ip-op D por ser o de melhor compreenso e interpretao.

importante car com a ideia de que todos os outros funcionam da mesma forma.


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Microprocessadores

8 MICROPROCESSADORES

A mquina de computao ideal dever permitir que toda a informao necessria a um clculo lhe seja

introduzida antecipadamente, e a partir do momento em que se encontra na posse dessa informao,

todo o processamento do clculo at obteno do resultado nal, dever ser o mais independente

possvel da interveno humana.

Isto signica que no s lhe ser fornecida inicialmente a informao numrica, como tambm todas as

regras para a sua manipulao (codicadas em forma de instruo), cobrindo todas as situaes que

possam surgir no decurso da computao.

Quando os objectivos a atingir com sistemas digitais atingem um grau de sosticao elevado, torna-se

economicamente recomendvel implement-los com microprocessadores.

Isto signica que o microprocessador um componente constitudo por todos aqueles elementos que

falmos atrs destes dodos, transstores, resistncias, etc.

Ele tem como papel principal tratar toda a informao que a ele converge encaminhando esta

mesma informao tanto para as unidades de memria como para outros elementos perifricos ao

microprocessador.

Os microprocessadores so circuitos integrados complexos capazes de aceitarem,

descodicarem e executarem instrues que lhe sejam apresentadas em forma binria.

Os microprocessadores constituem o corao de todos os sistemas microcomputadores e gestes

electrnicas de injeco e ignio.

No entanto no so, em si prprios, computadores, dado que requerem algum hardware externo e

outros elementos se suporte, entre os quais tm uma importncia especial aqueles que permitem dispor

de uma memria EPROM, ver gura 8.1.

Fig. 8.1 Unidade de memria EPROM

Esta memria capaz de armazenar sequncias de instruo em software (ou seja, os chamados

programas) e as informaes temporrias (dados) usadas durante o processamento.

Alguns microprocessadores especializados incorporam uma memria interna (para armazenamento de

dados e programas) e pontos de entrada e sada (I/0).


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Microprocessadores

Estes dispositivos requerem um mnimo de circuitos externos, e so ideias para uso em sistemas de

controlo de baixo custo. So por vezes designados por microcomputadores de um s circuito.

Os microprocessadores podem ser divididos em duas categorias dependendo do trabalho do nmerobinrio com que funcionam normalmente. A maior parte dos microprocessadores modernos realiza

operaes em grupos de oito ou dezasseis algarismos e agora at em trinta e dois ou at sessenta e

quatro algarismos binrios (bits).

Como obvio, os microprocessadores de 16 bits, 32 bits ou 64 bits tendem a ser mais potentes do que

as verses de 8 bits. No entanto, para muitos ns no h diculdade em escolher entre ambos.

Um microprocessador de 8 bits utiliza dados em grupos de 8 bits (designados por bytes). Estes dados

so transportados por oito linhas separadas (designadas por D0 e D7) e tendo o nome genrico de bus

de dados.

Os microprocessadres determina a fonte dos dados (quando esto a ser lidos) e o seu destino

(quando esto a ser escritos), produzindo a localizao dos dados sob a forma de um endereo nico.

Este processo envolve a colocao de um padro binrio num bus de endereos. No caso dos

microprocessadores de 8 bits, o bus de endereos inclui dezasseis linhas diferentes, designadas A0 a

A15.

O endereo onde os dados devem ser colocados ou de onde so recuperados pode fazer parte da

memria do sistema (por exemplo RAM ou ROM) ou ser considerado como uma entrada / Sada. I/0

(Input/output).

8.1 ARQUITECTURA INTERNA

Os principais elementos internos de um microprocessador so:

1. Registos para armazenamento temporrio de instrues, dados e endereos.

2. Uma unidade lgica e aritmtica capaz de executar uma grande variedade de

funes aritmticas e lgicas.

3. Uma lgica de controlo que aceita e produz sinais de controlo externos (por exemplo

de leitura e escrita) e fornece sinais de temporizao para todo o sistema.


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Microprocessadores

A gura 8.2 mostra a estrutura bsica de um microprocessador, distinguindo trs blocos constituintes:

Fig. 8.2 blocos constituintes de um processador

CPU (Central Processing Unit) Unidade Central de Processamento.

RAM (Raudom Acess Memory) Memria de Escrita e Leitura.

DMA (Direct Memory Access) Acesso Directo memria.

Estes trs blocos so interligados atravs de trs barramentos (buses):

Barramento de endereos (Adress Bus AB)

Barramento de dados (Data Bus DB)

Barramento de controlo (Control Bus CB)

Analisando a gura 8.6, vericamos que o CPU essencialmente um sistema digital, envolvendo

mdulos de aco e um mdulo, susceptvel de recolher instrues e dados da RAM, cumprir as

instrues e colocar os resultados na RAM.

O DMA um dispositivo atravs do qual o utilizador pode enderear a RAM, inserir nela os cdigos das

instrues e os contedos numricos necessrios ao processamento e recolher dela os resultados do

processo.

A RAM um recurso comum ao CPU e ao DMA.

S um dos dispositivos poder em qualquer momento Ter controlo sobre a RAM. Assim, quando o

DMA tomar para si o controlo, ter que antes retirar esse controlo ao CPU, impondo que este pare a

actividade libertando os barramentos de data, adress e controlo, isto , apresenta alta impedencia em

todas as linhas destes barramentos.


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Microprocessadores

A iniciativa da atribuio do controlo da RAM competir ao utilizador, atravs de um comando DMA /

CPU situado no DMA.

Passando o controlo ao DMA, o utilizador poder inserir dados em qualquer endereo da RAM, ou leros contedos da RAM e respectivos endereos atravs de las de leds ou displays.

A insero de dados ou endereos pode realizar-se atravs de uma la de comutadores manuais ou

de um teclado.

O arranjo interno ou arquitectura de um microprocessador tende a variar de uma familia para outra a

no poder-se generalizar pois cada microprocessador um caso quase nico pouco tendo em comum

com outro qualquer.

No pode ser explicado da mesma forma que outro componente como um transstor ou dodo pois, omicroprocessador engloba em si, mltiplos componentes que podero variar segundo a sua disposio

como o seu nmero.

Existem no entanto vrios temas comuns.

As principais famlias de microprocessadores, por exemplo, tendem a reter alguma compatibilidade tanto

em termos de arquitectura interna como de conjunto de instrues, e esta considerao importante no

que toca a tornar o novo produto atraente para o fabricante de equipamentos.

Os registos internos so simplesmente arranjos de dispositivos de memria onde os dados podem sercolocados durante o processamento. Alguns registos podem ser acedidos directamente pelo programador

(podemos denir o seu contedo ou l-lo nossa vontade), enquanto outros so reservados para uso

da mquina. Os registos podem ser tambm classicados ou dedicados enquanto outros so descritos

como sendo de uso geral.


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DOCUMENTOS

DESADA

DOCUMENTOS

DESADA


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Ps-Teste

PS-TESTE

Em relao a cada um das questes seguintes, so apresentadas 4 (quatro) respostas das quais apenas

1 (uma) est correcta. Para cada exerccios indique a resposta que considera correcta, colocando uma

cruz (x) no quadrado respectivo.

1. Em que grupos se podem classicar os circuitos integrados tomando em conta a sua estru-

tura?

a) Circuitos integrados monolticos e analgicos............................................................................

b) Circuitos integrados hbridos e digitais.......................................................................................

c) Circuitos integrados monolticos e hbridos.................................................................................

d) Circuitos integrados analgicos e digitais ...................................................................................

2. Em que grupos se podem classicar os circuitos integrados de acordo com a sua funo?

a) Circuitos integrados monolticos e analgicos............................................................................

b) Circuitos integrados hbridos e digitais.......................................................................................

c) Circuitos integrados monolticos e hbridos.................................................................................

d) Circuitos integrados analgicos e digitais ...................................................................................

3. O que so sinais analgicos?

a) So todos aqueles sinais constantes no tempo diferindo a sua amplitude e frequncia............

b) So todos aqueles sinais descontnuos no tempo diferindo a sua amplitude e frequncia........

c) So todos aqueles sinais constantes no tempo comportando-se como degraus.....................

d) So todos aqueles sinais constantes no tempo apresentando-se na forma de impulsos..........

S.1


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e MicroprocessadoresS.2

Ps-Teste

4. O que so sinais digitais?

a) So todos aqueles sinais constantes no tempo diferindo a sua amplitude e frequncia............

b) So todos aqueles sinais descontnuos no tempo diferindo a sua amplitude e frequncia........

c) So todos aqueles sinais constantes no tempo comportando-se como degraus.....................

d) So todos aqueles sinais constantes no tempo apresentando-se na forma de impulsos..........

5. O conversor de sinal analgico-digital de uma unidade de controlo electrnica de um vecu-

lo composto por que tipo de circuitos integrados?

a) Circuitos amplicadores hbridos................................................................................................

b) Circuitos digitais CMOS ..............................................................................................................

c) Circuitos amplicadores operacionais.........................................................................................

d) Circuitos digitais TTL ...................................................................................................................

6. Que tipo de sinal recebe uma unidade de controlo electrnica a partir de um sensor de rota-

o de um motor em acelerao:

a) Sinal digital de baixa frequncia.................................................................................................

b) Sinal digital de alta frequncia....................................................................................................

c) Sinal analgico de baixa frequncia............................................................................................

d) Sinal analgico de alta frequncia..............................................................................................


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Ps-Teste

S.3

7. Que tipo de sinal recebe um injector de um unidade de controlo electrnica quando o motor

do veculo trabalha ao ralenti?

a) Sinal digital de baixa frequncia.................................................................................................

b) Sinal digital de alta frequncia....................................................................................................

c) Sinal analgico de baixa frequncia............................................................................................

d) Sinal analgico de alta frequncia..............................................................................................

8. Os circuitos TTL devem ser alimentados com que nveis de tenso?

a) 10 a 12 Volts ...............................................................................................................................

b) 12 a 24 Volts ...............................................................................................................................

c) 3 a 4,5 Volts .................................................................................................................................

d) 4 a 5,5 Volts ................................................................................................................................

9. Quando que a porta lgica AND apresenta uma sada com valor lgico 1?

a) Quando uma s entrada apresenta o valor lgico 1 .................................................................

b) Quando pelo menos uma entrada apresenta o valor lgico 1 ..................................................

c) Quando todas as entradas apresentam o valor lgico 1 ..........................................................

d) Quando pelo menos uma entrada apresenta o valor lgico 0 ..................................................


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e MicroprocessadoresS.4

Ps-Teste

10. Quando que a porta lgica OR apresenta uma sada com valor lgico 1?

a) Quando uma s entrada apresenta o valor lgico 1 .................................................................

b) Quando pelo menos uma entrada apresenta o valor lgico 1 ..................................................

c) Quando todas as entradas apresentam o valor lgico 0 ..........................................................

d) Quando pelo menos uma entrada apresenta o valor lgico 0 ..................................................

11. Um temporizador de plafonier utiliza um circuito integrado que mantm a lmpada acesa

durante 2 minutos. Qual dever ser o valor o condensador a intercalar no circuito por forma lmpada estar acesa durante o respectivo tempo, sabendo que Ra=10kohm?

a) 0,1 microfarad.............................................................................................................................

b) 0,01 microfarad...........................................................................................................................

c) 0,001 microfarad .........................................................................................................................

d) 0,2 microfarad.............................................................................................................................


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Circuitos Integrados, Microcontroladores e Microprocessadores S.5

Tabela e Corrigenda do Ps-Teste

TABELA DE COTAO DOPS-TESTE

NMERO DA QUESTO RESPOSTA CERTA

1 C

2 D

3 A

4 B

5 C

6 D

7 B

8 D

9 C

10 B

11 B


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ANEXOSANEXOS


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EXERCCIOS PRTICOS

EXERCCIO N. 1 - MONTAGEM DE CIRCUITOS ELECTRNICOS COM CIRCUITOS INTEGRADOS

- MONTAGEM DE CIRCUITOS ELECTRNICOS COM CIRCUITOS INTEGRADOS, REALIZANDO

AS TAREFAS INDICADAS EM SEGUIDA, TENDO EM CONTA OS CUIDADOS DE HIGIENE E

SEGURANA.

EQUIPAMENTO NECESSRIO

- 1 MULTMETRO DIGITAL

- 1 OSCILOSCPIO

- RELS

- RESISTNCIAS ELCTRICAS

- CONDENSADORES DE PLASTICO

- CONDENSADORES ELECTROLITICOS

- POTENCIOMETROS

- DIODOS 1N 4004

- TRANSISTORES BC 546; BC 547; 2N 3055

- REGULADORES DE TENSO UA7805 E UA 7905

- CIRCUITO INTEGRADOS LM 555

- CIRCUITOS INTEGRADOS UA 741

-CIRCUITOS INTEGRADOS FLIP-FLOPS

- PLACAS DE MATRIZES PARA ENSAIOS

- FIOS CONDUTORES

TAREFAS A EXECUTAR

1 MONTAGEM DE UMA FONTE DE ALIMENTAO REGULADA PARA 5 V E 5V.

2 MONTAGEM DE UM AUTOMTICO DE PISCAS.

3 MONTAGEM DE UM CONVERSOR ANALGICO DIGITAL.

4 MONTAGEM DE UM CONTADOR UTILIZANDO FLIP-FLOPS.

5 MONTAGEM DE UMA UNIDADE DE MEMRIA PROM.

Exerccios Prticos

A.1


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GUIA DE AVALIAO DOS

EXERCCIOS PRTICOS

EXERCCIO N. 1 - MONTAGEM DE CIRCUITOS ELECTRNICOS COM CIRCUITOS INTEGRA-

DOS

TAREFAS A DESENVOLVER

GUIA DE

AVALIAO

(PESOS)

1 Montagem de uma fonte de alimentao regulada para 5V e 5V 4

2 Montagem de um automtico de piscas 4

3 Montagem de um conversor analgico - digital 4

4 Montagem de um contador utilizando ip-ops 4

5 Montagem de uma unidade de memria Prom 4

CLASSIFICAO 20

Guia de Avaliao dos Exerccios Prticos

circuitos integrados microcontroladores e microprocessadores

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