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Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 1

PUC-Rio

Circuitos Integrados

uCaracterísticas Principais:

–– TecnologiaTecnologia: CMOS, TTL, etc–– VelocidadeVelocidade–– Tensão, Margem de Ruído e CorrenteTensão, Margem de Ruído e Corrente–– FanFan OutOut (capacidade de acionamento)–– Tipos de PortasTipos de Portas: buffer, 3-state, open-

collector


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uTecnologia de CIs– Bipolar: (velocidade)

» TTL: Transistor Transistor Logic» ECL: Emmiter Coupled Logic

– MOS: (densidade)» CMOS: Complementary Metal Oxide Silicon

NMOS

PMOS

NPN

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uVelocidade– medida através do de la y de propagação

tpd = (tpHL + tpLH)/2

tpHL tpLH

50%

50%

Vi

Vo

Vi Vo

∆


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uCorrente e Tensão» VOH MIN: tensão de saída mínima para nível ‘1’» VOL MAX: tensão de saída máxima para nível ‘0’» VIH MIN: tensão de entrada mínima para nível ‘1’» VIL MAX: tensão de entrada máxima para nível ‘0’

VOH

VIH

VOL

VIL

Saída em ‘1’

Saída em ‘0’

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uMargem de Ruído» é a quantidade de tensão que pode ser somada ao

nível de saída, antes que a porta ligada a esta saída comece a comutar.

MRH= VOH MIN -VIH MIN

MRL= VIL MAX - VOL MAX


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Dicas

uEntrada TTL não conectada comporta-se como se estivesse no nível ‘1’

uEntradas não utilizadas devem ser conectadas à GND, VCC ou unidas

Aberta (≅1,6v)

111

1

5V

SD

CPR

Q_Q

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uCorrentes: IO (capacidade); I I (carga)» IIH: corrente de entrada para nível ‘1’» IIL: corrente de entrada para nível ‘0’» IOH: corrente de saída para nível ‘1’» IOL: corrente de saída para nível ‘0’

– correntes positivas quando entram na porta

Saída em ‘1’

Saída em ‘0’

IOH

IIH

IOL

IIL


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uFan Out (capacidade de acionamento)– número máximo de portas que podem ser

comandadas pela saída de uma porta: N=IO/II

Saída em ‘1’ Saída em ‘0’

IOH IIH

IIH

IOL IIL

IIL

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uTipos de Portas TTL– Séries:

» Standard, Schottky, Low Schottky, Advanced etc

– Buffer/Drivers:» maior corrente e/ou maior tensão de saída

– Coletor Aberto:» permite a polarização do circuito de saída (wired-logic)

– 3 State:» implementa sinais com vários emissores e receptores


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Séries TTL

uStandard, Low Power, High Speed,Schottky, Low Schottky, Advanced, Fast– variam em Speed x Power– diferentes valores de resistores– transistor Schottky → maior velocidade

(transistor levemente saturado)

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TTL -Circuito Interno


PUC-Rio

TTL - Funcionamento

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PUC-Rio

TTL - Funcionamento

uSaída =‘1’, correntes baixas (microamp)uSaída =‘0’, correntes altas (miliamp)uExemplo: TTL 7400 (standard)

Saída em ‘1’ Saída em ‘0’

IOH =400µA IIH =40µA

IIH

IOL=16mA IIL =1,6mA

IIL


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Séries TTL - Comparação

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PUC-Rio

Como acionar um LED?

uLight-Emitting Diode requer corrente de 10 a 15 mA para luminosidade normal

uA queda de voltagem no LED é de ≅ 1,6 v

R

+V5V

R = (VDD-VOL-VLED)/ILED

R=(5,0-0,5-1,6)/10

270Ω ≤ R ≤ 330ΩLED

µA


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Buffers/Drivers

uPossuem maior corrente de saída: IOL e IOH

– permite acionar grandes cargas

uPossuem tensão de saída de 15 a 30 volts– realizam interface com componentes discretos

uTipos:– 74240/1: octal buffers/drivers (IOL= 64ma)– 7407: hex buffers/drivers (VOH=30v)

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PUC-Rio

Coletor Aberto

uSaídas de portas TTL interligadas provocam curto (sobrecarga de corrente)

uColetor Aberto é um tipo de porta TTL que permite interligar saídas (wired-logic)

uWired Logic: lógica com fio (AB and CD)AB

AB . CD

C

D

Ligação só pode ser feita

se portas forem coletor aberto


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Coletor Aberto

uOpen Colector (oc) realiza wired-logicuCircuitos de saída das portas oc requerem

polarização: resistor e fonte uRmin e Rmax (ver manual TTL)uquanto maior R, menorvelocidade do sinal

R

+V

OC

OC

n cargas

m portas oc

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uOutput = LOW, HIGH, ou Hi-Z.

Three-state buffers

uPermite ligar múltiplas saídas juntasuApenas uma saída (no máximo) pode

estar ativa a cada instante


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Diferentes Tipos

u74240/1/4-octal bus driversu74365/6/7/8- hex and octal bus drivers

74126 74125 74240

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8 fontes compartilham 1 linha

•8 fontes compartilham 1 linha SDATA•sinal ativo é selecionado por SSRCi•decodificador ativa uma única fonte


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3-state drivers:8 portas com controle único74244/541

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Aplicação de Driver:leitura de portas de entrada


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Three-state transceiver:74245

Se G=0:Se G=0:

DIR=0 BDIR=0 B→→AA

DIR=1 ADIR=1 A→→BB

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u Bus A e B independentes;Transceiver permite a comunicação entre A e B

Aplicação de Transceiver


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ProjetoUm computador controla a entrada de apostas feitas por 16 pequenos terminais

compostos de teclado e LEDs de 7 segs. O computador faz a leitura sequencial dos teclados e fornece o resultado nos LEDs. O computador se comunica com os terminais através dos seguintes sinais:– DATA0-DATA3: barramento bi-direcional– IN/OUT_L: 1=entrada; 0=saída – DisableI_/O: 1= desativada; 0=ativa– SEL0-SEL3: seleciona terminaL

Leitura: Quando o processador faz IN/OUT_L=1, o terminal selecionado porSELi envia para o processador a aposta, o código da tecla (4bits BCD), e, simultaneamente, faz aparecer nos LEDs do terminal correspondente.

Escrita: Quando o processador faz IN/OUT_L=0 ele coloca o resultado dasapostas (4 bits BCD) no barramento de dados. O resultado deve aparecer nos LEDs dos terminais.

O fan-out do processador para os sinais DATAi é de apenas 1 carga TTL.

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Computador

T1 T2 T3 T16

DATAi (fanout=1)

IN/OUT, DISABLE,SELi

Projeto

4 bits


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Projeto LógicouRecursos necessários:

» display 7 segs, decodificador BCD-7segs» registro (4bits) para aposta» tri-state para acesso do teclado a DATAi » transceiver em DATAi para acionar 16 terminais» decodificador do código (SELi) do terminal» controle do transceiver

uDicas:– simular os sinais do computador com chaves;

– projetar um terminal inicialmente; replicar terminal;

– substituir SELi por saída de um contador (÷16); – condicionar chave IN/OUT=1 a clock=1 quando usar contador p/ gerar SELi.

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SEL3SEL2SEL1SEL0

DISABLEIO

INOUTB

DATAi

U9A U8A

U7AU3F

U6B

U6A

U3E

U3D

U3C

U3B

U5B

U74245

74LS154

E1E0

A3A2A1A0

1514131211109876543210

U4

1234

DISP1

1234

0

KPD1

74LS75D3D2E23

D1D0E01

Q3Q3__

Q2Q2__

Q1Q1__

Q0Q0__

U1

U2A

U2B

U2C

U2D

U3A


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Monoestáveis - Temporizadores

uSemelhantes a FFs porém, possuem um estado estável (‘0’) e outro estado (‘1’) de duração TW

Trigger

Q

TTWW

TTW W = f (R,C)= f (R,C)

+V5V

CR

Q

T Q_LTrigger

estado estável

estado duração Twcomponentesdiscretos

Mono

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Tipos de Monoestáveis

u “Retrigável”: aceita trigger durante TW

uNão “Retrigável”: não aceita

TW TW

TW

TW

TW

Trigger

Retrigável

Não Retrigável


PUC-Rio

Tipos de Monoestáveis

u74121 - 40 ns a 28 segs– tw= ln2 C.R– R e C têm valores limites– C eletrolítico exige uso diodo

u74122/123 - dual– fórmula de tw depende do

tipo: LS, S, etc– idem quanto a restrições de R

e C

+V5V

CR

Q

Q_L

A1

A2 B

Q

T Q_LBA

+V5V

CR

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PUC-RioAplicações de Monoestáveis-Oscilador

Q

T Q_L1A

Q

T Q_L1A

+V5V

CR

+V5V

CR

TW1 TW2

TW 2 TW 1


PUC-RioProblema: como garantir o início das oscilações?

Q

T Q_L1

A

Q

T Q_L1

A

+V5V

CR

+V5V

CR5V

1uF

1k

Circuito de Partida:

atrasa o sinal de

trigger após power-up

V

t

5v

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PUC-Rio

Aplicações de Monoestáveis

uDetecção de Falha de Sinal– monoestável retrigável com Tw > período sinal

T+V5V

CR

Q

T Q_LBA

TWTW

TW

sinal

Q

sinal

Falha

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