UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

DOUGLAS DE FLORIO UBEDA ALMEIDA

RELATRIO EXPERIMENTAL DE SISTEMAS

DIGITAIS

MEMRIAS SEMICONDUTORAS

PATO BRANCO 2013

1. Introduo

A utilizao de uma memria para o armazenamento de dados um recurso

extremamente importante nos dias de hoje. Logo, essa necessidade de guardar

informaes foi o principal motivo para a criao das memrias semicondutoras. Ainda

que, em sistemas eletrnicos digitais esse tipo de tecnologia utilizado em dispositivos

com tcnicas distintas de informaes e armazenamentos, sendo aproveitadas conforme

a demanda do sistema em utilizao.

Evidentemente que, para o planejamento de um sistema de armazenamento e leitura

de informaes, necessrio atender as especificaes do projeto, ou seja, a maneira na

qual o dispositivo eletrnico ir operar para tal fim. Contudo, a prtica realizada no

laboratrio de sistemas digitais tem o objetivo de testar memrias de distintas

caractersticas em um sistema capaz de transferir dados para uma SRAM (Static

Random Access Memory) por meio de uma EPROM (Erasable Programmable Read

Only Memory). Ademais, montar um sistema simulado em software (Multisim 11.0), no

qual uma memria SRAM 6116 receba dados, tanto de um operador atuando

externamente, quanto de uma memria EPROM utilizando um Buffer.

2. Objetivos

2.1. Geral

Testar o funcionamento de um sistema digital composto por uma memria

EPROM e uma SRAM.

Simular um circuito de armazenamento de informaes para uma memria

SRAM por meio de dados externos ou de uma memria EPROM.

2.2. Especfico

Gravar dados armazenados na EPROM para leitura dos mesmos na SRAM,

analisando as funcionalidades de cada uma das memrias apresentadas;

Identificar os barramentos de dados de cada uma das memrias bem como os

pinos do buffer;

Compreender o conceito de volatilidade das memrias semicondutoras;

Verificar os benefcios ao usar uma memria no voltil para o processamento

de informaes;

Analisar, na simulao, a utilizao de um buffer no barramento de dados do

circuito para armazenar, na memria SRAM, os dados da EPROM e externos

atravs dos barramentos de endereos;

Praticar leitura de data sheets;

3. Materiais Utilizados

Mdulo Digital Datapool 8810 (n 04);

Fios condutores;

Alicate;

Memria EPROM NM27C256;

Memria SRAM 6116;

Software Multisim 11.0.

4. Fundamentao Terica

A maior vantagem dos sistemas digitais sobre os analgicos a habilidade de

armazenar facilmente grandes quantidades de informaes digitais muito versteis e

adaptados a muitas situaes. Por exemplo, em um computador digital, a memria

interna principal armazena instrues que informa ao computador o que fazer sob todas

as circunstncias possveis para que o computador faa a tarefa com um mnimo de

interveno humana. (fonte: TOCCI, 2003, p.565)

Embora cada tipo de memria seja diferente em sua operao interna, certos

princpios bsicos de operao so os mesmos para todos os sistemas de memria. Uma

compreenso dessas ideias bsicas ajudar no estudo dos dispositivos individuais de

memria.

Todo sistema de memria requerer diversos tipos diferentes de linhas de entrada e

de sada para realizar as seguintes funes:

Selecionar o endereo na memria que est sendo acessado por uma

operao de leitura ou de escrita.

Selecionar uma operao de leitura e escrita para ser realizada.

Fornecer os dados de entrada para serem armazenados na memria durante a

operao de escrita.

Manter os dados de sada vindos de memria durante uma operao de

leitura.

Habilitar (ou desabilitar) a memria de modo que ela responda (ou no) s

entradas de endereo e ao comando de leitura ou de escrita. (Fonte: TOCCI,

2003, p.569)

ROM programvel e apagvel (Erable Programale ROM - EPROM)

Uma EPROM pode ser programada pelo usurio e tambm pode ser apagada e

reprogramada quantas vezes for desejado. Uma vez programada, a EPROM uma

memria no voltil que mantm indefinidamente os dados armazenados. O processo

para a programao de uma EPROM envolve a aplicao de nveis especiais de tenso

(normalmente na faixa de 10 a 25 V) nas entradas apropriadas do chip durante um

intervalo de tempo especfico (normalmente, 50 ms por endereo). O processo de

programao geralmente realizado por um circuito de programao especial que

separado do circuito no qual a EPROM esteja operando normalmente. O processo

completo de programao pode durar at vrios minutos para um chip EPROM.

Uma vez que uma clula de EPROM foi programada, ela pode ser apagada pela

exposio da mesma luz ultravioleta (UV) aplicada por uma janela no chip. A luz

produz uma foto-corrente da porta flutuante para o substrato de silcio, removendo,

portanto, a carga armazenada, desligando o transistor e o restaurando a clula para o

estado lgico um. Esse processo de apagamento requer normalmente de 15 a 20 minutos

de exposio a raios ultravioletas. Uma vez apagada, a EPROM pode ser reprogramada.

(Fonte: TOCCI, 2003, p.581)

A memria EPROM NM27C256 utilizada tem capacidade de armazenamento de

262.144 bits de dados divididos em 32.768 endereos, no qual cada um fica responsvel

pelo armazenamento de oito bits da informao total representada como sendo uma

memria EPROM 32K x 8 ou 32KBytes. (Fonte: DATASHEET EPROM, 1993)

Os endereos unidirecionais a serem gravados ou lidos na EPROM so

representados pelos pinos entre A0 e A14. Entretanto, para armazenar ou fazer uma

busca na memria os bits a serem combinados so representados pelos pinos entre O0 e

O7 como mostrado na figura 1. (Fonte: DATASHEET EPROM, 1993)

Figura 1: Memria EPROM NM27C256

Fonte: Datasheet CMOS EPROM NM27C256 (National Semiconductor, 1993)

OE/PGM : Habilitar ou programar o chip

OE: Responsvel por habilitar a leitura dos dados armazenados, operado em nvel

lgico baixo.

Ademais, o dispositivo deve estar alimentado atravs dos pinos VCC e GND para

que as funes de habilitao do chip, programao e habilitao da leitura dos dados na

memria aconteam. Alm disso, so necessrias algumas combinaes entre as tenses

aplicadas aos terminais do barramento de controle, estabelecendo uma lgica

especificada pelo fabricante do chip. Observe na Tabela abaixo o funcionamento da

EPROM NM27C256:

Mode / OE VPP VCC Outputs

Read VIL VIL VCC 5.0V DOUT

Output Disable X VIH VCC 5.0V High-Z

Standby VIH X VCC 5.0V High-Z

Programming VIL VIH 12.75V 6.25V DIN

Program Verify VIH VIL 12.75V 6.25V DOUT

Program Inhibit VIH VIH 12.75V 6.25V High-Z

Tabela 1: Funes Memria EPROM NM27C256.

Fonte: Datasheet CMOS EPROM NM27C256 (National Semiconductor, 1993).

Memrias RAM

As memrias RAM permitem a escrita e leitura dos dados e possuem acesso

aleatrio ou randmico. Vem da o nome RAM (Random-Access Memory). Alm disso,

so volteis, pois perdem seus dados armazenados com o desligamento da alimentao.

Possuem, ainda, um tempo de acesso muito reduzido, sendo utilizadas em equipamentos

digitais principalmente como memrias de programas e dados para armazenamento de

forma temporria, pois, em funo de volatilidade, estes so perdidos no desligamento

ou interrupo de energia. (Fonte: IDOETA, 2004, p.416 )

A memria semicondutora RAM 6116 tem capacidade de armazenamento de 16384

bits de informaes divididos em 2048 endereos, ou seja, cada endereo pode

armazenar uma palavra de oito bits, podendo ser representada por 2K x 8 ou 2KBytes.

Uma RAM, assim especificada, possui endereos a serem gravados atravs das

combinaes dos decodificadores de endereos nas portas A0 at A10 e so

unidirecionais. Para a gravao e leitura de dados utilizam-se as portas, em ingls, I/O0

at I/O7 ou em portugus D0 e D7 que se diferenciam por serem bidirecionais, pois so

usadas tanto para entrada quanto para sada de dados. Porm, para que todo esse

processo ocorra com preciso, necessrio habilitar cada uma das funes atravs do

barramento de controle descrito na tabela verdade da RAM, representados pelos pinos

habilitar chip, habilitar escrita e habilitar leitura, tambm denominados pinos CS,

WE, OE,

respectivamente, apresentados na Tabela 2, cujo funcionamento ocorre em nvel lgico

baixo. (Fonte: DATASHEET STATIC RAM, 2001)

Figura 2: Memria Esttica RAM 6116.

Fonte: Datasheet CMOS Static RAM 16K (Integrated Device Technology, 2001).

Na Tabela: Habilitao do barramento de controle da SRAM

Mode I/O

Standby H X X High-Z

Read L L H DATAou

t

Read L H H High-Z

Write L X L DATAin

Tabela 2: Tabela Verdade Memria Esttica RAM 6116.

Fonte: Datasheet CMOS Static RAM 16K (Integrated Device Technology, 2001).

Buffers

Buffers de transferncia de dados so frequentemente denominados buffers lineares.

Logo que todas as posies do buffer estejam carregadas, nenhuma entrada a mais de

dados realizada at que o buffer seja esvaziado. Desse modo, nenhuma das

informaes antigas perdida. (Fonte: TOCCI, 2003, p.621)

A principal caracterstica do buffer 74SL244 transmitir dados somente em uma

direo quando habilitado, assim possibilitando ora a passagem de dados diretamente

para a memria, ora deixando com que os dados na memria sigam at os barramentos

de dados.

O circuito integrado do buffer possui vrios pinos, nos quais dois deles para controle

de leitura e o restante para entrada e sada de dados conforme a figura 3.

A habilitao atravs do terminal CS, possibilita as conexes das sadas (nvel 0), ou

as deixa em alta impedncia (nvel 1), desconectando-as da barra de dados do sistema.

Figura 3: Buffer 74LS241N.

Fonte: Datasheet Buffer 74LS241N (Texas Instruments, 2010).

O funcionamento do buffer feito atravs de combinaes entre os nveis lgicos

aplicados sobre os terminais de controle do dispositivo relacionados na Tabela 3 abaixo:

INPUTS OUTPUT

2G 1A 2 Y

L H H H H

L H L L L

H L X X Z

Tabela 3: Tabela Verdade Buffer 74LS241N.

Fonte: Adaptado Datasheet Buffer 74ALS244 (Texas Instruments, 1995).

5. Procedimentos

Na primeira parte da prtica, com as informaes das folhas de dados, os

conhecimentos tericos de cada memria, as memrias EPROM 27C256 e uma SRAM

6116, so possveis projetar um circuito para transferncia das informaes inicialmente

gravada na EPROM para a SRAM como visto na Figura 4.

Figura 4: Armazenamento de dados da EPROM 27C256 para a RAM 6116

Evidentemente que, as duas memrias EPROM e SRAM possuem o mesmo nmero

de endereos, porm usam-se apenas oito localidades de cada uma das memrias para

melhor anlise do experimento. Portanto, ao trabalhar com um nmero limitado de

posies, o operador tem a possibilidade de combinar somente os bits de endereo

referente aos A2, A1 e A0, com o A0 sendo o bit menos significativo (LSB). Por

seguinte, os demais bits ficam com nvel lgico baixo. evidente que, ao visualizar os

endereos habilitados na EPROM, pode-se garantir que so os mesmo habilitados na

SRAM, pois esto trabalhando em curto-circuito.

Pode ser notado que, o uso do buffer ainda no necessrio no circuito, pois quando

os dados da memria EPROM so lidos o chip da memria SRAM desabilitado e

vice-versa, por consequncia, no causando conflito de informaes.

Logo mais, necessrio projetar um sistema no simulador multisim que utiliza uma

memria do tipo SRAM na qual tenha a funo de armazenar dados, ora externamente

U1

27C256-12L

A928A829A74

A47

A56

A65

A38

A110

A29

A011

OE25

CE23

A1024

O0 13

O1 14

O2 15

O3 18

O4 19

O5 20

O6 21

O7 22

A1127

A123

A1330

A1431

U2

HM6116A120

A9 22A8 23A7 1

A4 4

A5 3

A6 2

A3 5

A1 7

A2 6

A0 8

~OE 20

~CS 18

A10 19

I/O09

I/O110

I/O211

I/O313

I/O414

I/O515

I/O616

I/O717

~WE 21

A0

Key = E

A1

Key = W

A2

Key = Q

VCC

5V

Address_Bus

OE1

Key = T

CE1

Key = Y

Control_Bus_1

WE

Key = U

OE2

Key = I

CS2

Key = O

VCC

5V

Control_Bus_2A

Data_Bus

Indicadores

atravs de um usurio, ora por meio de uma memria EPROM. Da mesma forma que o

circuito da figura 4, foi utilizado apenas oito posies para essa simulao. Contudo,

para a leitura dos dados utilizado dois displays DCD_HEX de sete segmentos

conforme o circuito da Figura 5.

Evidentemente que, para a transio de dados ocorrera seria necessrio a utilizao

de um buffer no barramento de dado (data buss) de forma que o circuito proposto

execute as operaes eficientes, sem que haja conflito no trfego de dados.

Figura 5: Armazenamento de dados na Memria SRAM .

6. Resultados e Discusso

Primeiramente, transferindo os dados contidos na EPROM para uma memria

SRAM por meio da execuo do circuito representado pela Figura 4, foram obtidos os

dados abaixo na tabela 4.

U3

27C256-12L

A928A829A74

A47

A56

A65

A38

A110

A29

A011

OE25

CE23

A1024

O0 13

O1 14

O2 15

O3 18

O4 19

O5 20

O6 21

O7 22

A1127

A123

A1330

A1431

U4

HM6116A120

A9 22A8 23A7 1

A4 4

A5 3

A6 2

A3 5

A1 7

A2 6

A0 8

~OE 20

~CS 18

A10 19

I/O09

I/O110

I/O211

I/O313

I/O414

I/O515

I/O616

I/O717

~WE 21

U12

74LS241N

1Y118

1Y216

1Y314

1Y412

2Y19

2Y27

2Y35

2Y43

1A1 2

1A2 4

1A3 6

1A4 8

~1G 1

2A1 11

2A2 13

2A3 15

2A4 17

2G 19

A0

Key = QA1

Key = WA2

Key = E

OE1

Key = RCS1

Key = T

A0_

Key = YA1_

Key = UA2_

Key = I

WE2

Key = OOE2

Key = PCS2

Key = A

D7

Key = SD6

Key = DD5

Key = FD4

Key = GD3

Key = HD2

Key = J

VCC

5V

VCC

5V

VCC

5V

D1

Key = KD0

Key = L

2G

Key = B

1G

Key = B

Address_Bus_1

Control_Bus_1

Data_BusAddress_Bus_2

Control_Bus_2

Data_Bus

DadosExternos

Control_Buffer

A0(1)A1(2)A2(3)

A0(1)

A1(2)

A2(3)

OE1(4)CS1(5)

OE1(4)

CS1(5)

D0(1

3)

D1(1

2)

D2(11)

D3(1

0)

D4(9

)D5(8

)D6(7

)D7(6

)

D0(1

3)

D1(1

2)

D2(11)

D3(1

0)

D4(9

)D5(8

)D6(7

)D7(6

)

D7(6

)

D6(7

)

D5(8

)

D4(9

)

D3(1

0)

D2(11)

D1(1

2)

D0(1

3)

A0(14)A1(15)A2(16)

A0(14)

A1(15)

A2(16)

WE2(17)OE2(18)CS2(19)

WE2(17)

OE2(18)

CS2(19)

D7(6)D6(7)D5(8)D4(9)

D3(10)D2(11)D1(12)D0(13)

D7(20)D6(21)D5(22)D4(23)

D3(24)D2(25)D1(26)D0(27)

D7(20)

D6(21)

D5(22)

D4(23)

D3(24)

D2(25)

D1(26)

D0(27)

G1(28)G2(29)

G2(29)

G1(28)

Tabela 4 Gravaes e Leituras de dados na SRAM 6116 e EPROM 27C256

Endereos de

Memria

Dados EPROM

(Binrio)

Dados EPROM

(Hexadecimal)

Dados SRAM

(Binrio)

Dados SRAM

(Hexadecimal)

000 01011001 59 01011001 59

001 10100110 A6 10100110 A6

010 11111111 FF 11111111 FF

011 11001100 CC 11001100 CC

100 11111111 FF 11111111 FF

101 11111111 FF 11111111 FF

110 11111111 FF 11111111 FF

111 00110011 33 00110011 33

No sistema representado na Figura 5, os dados armazenados na memria

EPROM ou os dados externos, podem ser transferidos para a memria SRAM

apresentados na Tabela 5 abaixo.

Tabela 5 Gravaes e Leituras de dados na SRAM 6116 atravs da EPROM 27C256 ou

manualmente com dados externos.

Endereos de

Memria

Dados

EPROM

(Binrio)

Dados EPROM

(Hexadecimal)

Dados

Externos

(Binrio)

Dados

Externos

(Hexadecimal)

Dados SRAM

(Binrio)

Dados SRAM

(Hexadecimal)

000 11100000 E0 11111111 FF 11100000 E0

001 01100111 67 11010011 D3 01100111 67

010 00011111 1F 01111101 7D 00011111 1F

011 10011000 98 10100011 A3 10011000 98

100 00011111 1F 00111001 39 00111001 39

101 00011111 1F 01001010 4A 01001010 4A

110 10011000 98 01010101 55 01010101 55

111 11100000 E0 10101011 AB 10101011 AB

Os dados de entrada controlados pelo usurio, apresentados na Tabela 5, so

distintos daqueles gravados na EPROM, para poder diferenciar melhor as informaes

na memria SRAM.

Para a gravao de dados da EPROM para a SRAM, necessita-se de desabilitar o

buffer, alm disso, os chips devem estar habilitados por meio do pino Chip Enable. E,

ainda, a EPROM deve estar no modo de leitura por meio da chave OE e a SRAM com

seu modo de escrita habilitados pelo pino WE.

Na utilizao do buffer para armazenamento de dados externos na memria SRAM,

o chip da EPROM tem que estar desabilitado para a introduo de informaes por

meio do barramento de dados. Ademais, a memria a ser armazenada deve estar

desabilitada e no modo de escrita.

Por fim, logo aps as gravaes de dados na memria SRAM, a leitura dos dados na

mesma ocorre desabilitando o buffer e a escrita, e habilitando a leitura no pino OE da

SRAM.

Observando a Tabela 5, nota-se que os quatros primeiros dados da EPROM

armazenados nas primeiras posies de endereo so exatamente iguais aos lidos na

memria SRAM. O mesmo ocorre com os dados enviados externamente pelo usurio,

porm, alocados nos quatro ltimos endereos de memria e demostrados na mesma

tabela, ou seja, os dados armazenados na SRAM eram originados ou da EPROM ou do

barramento de dados externos criado no circuito.

7. Concluses

No final da prtica, com os resultados obtidos nas Tabelas 4 e 5, a teoria sobre

memrias semicondutoras e a compreenso da funcionalidade dos buffers, foi possvel

concluir o funcionamento das memrias EPROM 27C256 e SRAM 6116 e identificar

suas principais caractersticas tais como: Quantidade de endereos, sua capacidade de

bits armazenados, identificao dos barramentos, controle do fluxo de dados,

volatilidade e tempo de acesso.

Ademais, comparando as caractersticas essncias das memrias utilizadas, pode-se

observar que, quando suas alimentaes eram interrompidas perdiam-se os dados na

memria SRAM e, ao contrrio da EPROM, permaneciam intactos a no se que seja

submetido a raios ultravioletas por um perodo de tempo suficiente para apagar seus

dados e, assim, podendo utiliza-la novamente no projeto em uma possvel regravao de

informaes. Esse tipo de caracterstica denominado no voltil.

Logo mais, ouve a necessidade de implementar um buffer no sistema simulado no

multisim para que o mesmo auxiliasse na gravao de dados externos. Contudo,

analisando o funcionamento do buffer 74ALS244 no circuito, pode-se obter a

concluso, relatado em sala de aula, de que o fluxo de entrada e sada de dados pode ser

controlado pelo mesmo, adquirindo uma melhor funcionalidade do circuito proposto

sem que haja conflito de dados externos com os dados transmitidos da EPROM para a

SRAM.

Portanto, conclui-se que, tanto as memrias EPROM quanto as SRAM possuem

terminais referente ao controle, leitura e escrita dos dados armazenados, porm o que

diferencia uma da outra seria o tipo de armazenamento e a forma com que estes dados

so armazenados. Ainda que, na gravao de dados, as memrias podem adquirir

informaes tanto internamente por meio de outra memria, quanto externamente por

um usurio.

8. Dificuldades

Inicialmente, a prtica ocorreu como previsto, porm, tomando como dificuldade no

experimento foi a memria EPROM 27C256, na qual no estava em condies de

funcionamento, foi possvel testar 3 memrias desse tipo, contudo a ltima memria

semicondutora testada foi a usada no circuito montado.

Outra dificuldade encontrada foi durante o processo de simulao do segundo

circuito no multisim, pois um dos integrantes do grupo desistiu da prtica ocasionando,

assim, um perodo grande de tempo para a montagem do circuito no simulador e no

relatrio da prtica em si. Ainda, mesmo conhecendo algumas ferramentas do

simulador, uma nova havia sido citada, a Place Bus, usada para criao dos

barramentos, porm, com alguns estudos sobre essa ferramenta, o circuito foi montado

sem mais problemas.

9. Referncias

Integrated Device Technology. Datasheet: IDT6116SA, IDT6116LA. 2001.

National Semiconductor Corporation. Datasheet: NM27C256. 1993.

Texas Instruments. Datasheet: SN74LS240, SN74LS241, SN74LS244, SN74S240,

SN74S241, SN74S244. 2010.

TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S.; MOSS, Gregory L. Sistemas

digitais: princpios e aplicaes. 8. ed. So Paulo: Pearson Prentice Hall, c2003.

IDOETA, Ivan Valeije; CAPUANO, Francisco Gabriel. Elementos de Eletrnica

Digital. 36.ed. So Paulo: rica, 2004.