relatorio1 digital

5/16/2018 Relatorio1 Digital - slidepdf.com

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1 OBJETIVO

Primeiramente deve-se familiarizar com os circuitos integrados (CI), em seguida

analisa-se algumas características das principais portas lógicas e para finalizar, monta-se

os circuitos propostos a partir do projeto com portas lógicas e testes.

2 INTRODUÇÃO

2.1 Álgebra Booleana

A principal diferença entre a álgebra booleana e a convencional é que, na álgebra

booleana, as constantes e variáveis podem ter apenas dois valores possíveis, 0 ou 1. Asvariáveis booleanas são muitas vezes usadas para representar o nível de tensão presente

em uma conexão ou em terminais de entrada/saída de um circuito, e isso foi demostrado

na etapa 1.

2.2 Porta NAND

É semelhante a porta AND seguida de um inversor, e sua expressão de saída é

. A tabela verdade da porta NAND é exatamente o inverso da tabela verdade daAND para todas as condições possíveis de entrada.

Figura 1 – Símbolo da porta NAND

Figura 2 – Tabela verdade da NAND



O CI 74LS00 é uma versão de menor potência e menor velocidade que a 74S.

Ele apresenta 4 portas lógicas NAND, sendo que o pino 7 é o GND e o pino 14 é o Vcc,

conforme a figura abaixo:

Figura 3 – Esquema de ligação do CI 74LS00

2.3 Circuito NOT

É mais comumente denominado inversor. Esse circuito sempre tem apenas uma

entrada, e seu nível lógico de saída é sempre o oposto ao nível lógico de entrada.

Figura 4 – Simbologia e tabela verdade da porta NOT

E umas das principais aplicações da porta NOT é a para determinar o atraso de

propagação de portas lógicas utilizando um oscilador de anel. E esses oscilador é

composto por um número ímpar de portas inversoras. E a freqüência de oscilação é

inversamente proporcional ao tempo de propagação e o número de portas utilizadas,

como pode-se ver na fórmula abaixo:



2.4 Portas AND

É um circuito que opera de modo que a sua saída seja nível ALTO somente

quando todas as suas entradas forem nível ALTO. Para todos os outros casos, a saída da

porta AND é nível BAIXO.

Figura 5 – Simbologia e tabela verdade da porta AND



3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Lista de Materiais

ITEM MATERIAL QTDE.

1 MULTIMETRO 12 FONTE DE ALIMENTAÇÃO VARIÁVEL 13 FONTE DE ALIMENTAÇÃO FIXA 13 PROTOBOARD 14 OSCILOSCÓPIO DIGITAL 15 RESISTORES 10KΩ 36 RESISTORES 330Ω 17 CHAVE DE 4 SAIDAS 18 CI 74LS00 19 CI 74LS04 210 LED (diodo emissor de luz) 1

Tabela 1- Lista de materiais

3.2 Etapa 1

Na primeira parte dessa etapa, foi montado o circuito apresentado na figura 1

utilizando um CI 74LS00.

Figura 6 – Circuito

A figura 7 representa o circuito implementado utilizando o CI LS7400 que

apresenta apenas porta NAND. As portas do CI foram conectadas de acordo com o

esquema de ligação apresentado no Datasheet . Após isso, foram conectadas as fontes

fixa e variável, onde a fixa correspondia a 5V e a variável foi regulada de 0 a 5V. Para

cada tensão de entrada regulada foram obtidas as tensões de saída do circuito.



Figura 7 – Esquema de ligação no Logic Work utilizando CI LS7400

Na segunda parte, as entradas NAND (referentes às portas 1e 2 do CI) da fonte

regulável, foram desconectadas e curto-circuitadas, deixando-as em aberto. Um

multímetro foi conectado nas portas para que assim, fossem medidos os níveis de tensão

na entrada. Da mesma forma, o multímetro foi acoplado na saída referente à porta 3

para que os níveis de tensão de saída fossem obtidos. O circuito em aberto é apresentado

na figura a seguir.

Figura 8 - Entradas desconectadas simuladas no Logic Work



3.3 Etapa 2

Foi utilizada ma técnica para determinação de atraso de propagação de portas

lógicas, que é a utilização de um oscilador em anel. Esse oscilador é composto por um

número ímpar de postas inversoras. Pode ser observado na figura 9.

Figura 9 – oscilador em anel

Primeiramente, utilizando o CI 74LS04, foi montado um oscilador em anel com

cinco inversores TTL família LS (74LS04), como ilustrado na figura abaixo. As

ligações foram realizadas de acordo com o Datasheet , e o circuito foi alimentado com

uma tensão fixa de 5V.

Figura 10 - Circuito utilizando CI 74LS04 no Logic Work

Para obter a frequência de oscilação do circuito e o atraso de propagação da

porta, o osciloscópio poderia ser conectado em qualquer pino, assim, foi escolhido o

pino 11 como referência. No protoboard, o circuito montado pode ser visualizado na

figura 11.



Figura 11 – circuito montado no protoboard

Logo depois, mais seis inversores foram adicionados através da utilização demais um CI 74LS04. O circuito seguiu a mesma regra do esquema anterior, porem,

dessa vez, ao invés da porta 12 ser conectada na porta 1 do mesmo CI, ela é ligada com

um segundo CI 74LS04, como pode ser observado na figura a seguir:

Figura 12 - Esquema do circuito com onze inversores no Logic Work

Para que o atraso de propagação seja novamente obtido, o osciloscópio foi

conectado na porta 11 do CI. A figura 13 ilustra a montagem do circuito no protoboard.



Figura 13 – circuito com dois CI’s montado no protoboard

3.4 Etapa 3

Utilizando somente portas NAND de duas entradas com o CI 74LS00, foi

implementada uma porta AND de três entradas.

Figura 14 – Implementação da lógica AND utilizando portas NAND

Assim como nas outras etapas, o circuito será alimentado com uma tensão fixa

de 5V. Desta forma, utilizando um LED e o resistor de 10k, monta-se o circuito

ilustrado pela figura abaixo:



Figura 15 – Configuração do circuito montado no Logic Works na Etapa 3.

No circuito apresentado acima, as entradas A,B e C são conectadas, cada uma, a

resistores de 330 Ω e a uma chave de quatro portas, onde suas saídas podem ser de nível

baixo ou alto. Na sua saída foi conectado um LED de 10kΩ, que acende ou não

conforme a lógica do circuito.

A figura 11 ilustra a aparência do circuito montado no protoboard.

Figura 16 – circuito da etapa 3 montado no protoboard

Com isso, pode-se observar a tabela da verdade.



3.5 Etapa 4

A equação (1) implementada no Software DigitalWorks com as portas lógicasNOT, AND e OR fica da maneira apresentada na figura 17.

(1)

Figura 17 – Desenho do circuito EX-OR no DigitalWorks

Não foi possível realizar esse experimento no laboratório, portanto, para que

fosse possível atender à proposta de montar um circuito lógico correspondente a funçãodada pela equação abaixo utilizando o CI 74LS02 ( portas NOR) e o CI 74LS08 (portas

AND), foi novamente necessária a utilização do Software de simulação.

Na segunda parte da etapa, deveria ser implementado o circuito utilizando

somente um CI 74LS00, composto por 4 portas NAND e, caso fosse necessário,

deveriam ser utilizados dois CI’s.



4. RESULTADOS OBTIDOS

4.1 Etapa 1

As tensões de entrada e saída obtidas na primeira parte desta etapa, com a fonte

variável sendo regulada de 0 a 5V foi:Tensão de entrada [V] Tensão de saída [V]

0 5,202

0,5 4,983

1,0 3,067

1,5 0,061

2,0 0,061

2,5 0,061

3,0 0,061

3,5 0,061

4,0 0,061

4,5 0,061

5,0 0,061

Tabela 2 – tensões de entrada e saída da etapa 1

Na segunda parte da etapa, com as entradas NAND desconectadas, foi obtido:

Local de medição Tensão medida [V]

Entrada 1 1,570

Entrada 2 1.568

Saída 0.061

Tabela 3 – Tensões obtidas com as NAND’s desconectadas



4.2 Etapa 2

O atraso de propagação calculado da primeira parte desta etapa do experimento,

pode ser obtido através da equação:

Utilizando n=5 e f=17,7994MHz, o atraso de propagação obtido no circuito 1 é

tprop=5,61ns.

A forma de onda desse circuito está representada pela figura 18.

Figura 18 – forma de onda do circuito 1

Com a mesma equação, obtemos o atraso de propagação do circuito da segunda

parte da etapa (circuito 2). Consideramos dessa vez n=11 e f=8,08555MHz. Obtendo

assim, tprop= 5,62ns. A forma de onda está sendo mostrado na figura 19.



Figura 19 – forma de onda do circuito 2

Segundo o manual do fabricante, o atraso de propagação deve ser de até15 ns, portanto os valores calculados de 5,61ns e 5,62ns estão dentro do esperado.

4.3 Etapa 3

Para que possa ser obtida a tabela verdade do circuito, é necessário o uso do

software Digital Works. O esquema montado para a simulação está representado na

figura a seguir.

Figura 20 – simulação do circuito da etapa 3 no Digital Works.

Desse modo, para verificar a sua validade, é mostrada a tabela verdade do

circuito da figura acima, implementado no Digital Works.



Figura 21 – tabela verdade 1

Através dessa tabela verdade, percebe-se que a saída só vai ser nível alto quando

todas as entradas também estiverem em nível alto. Em todas as outras combinações, a

saída apresentará nível baixo.

Com o LED na entrada, percebemos que este só acendeu quando todas as saídas

utilizadas da chave presente na montagem no circuito estavam posicionadas em nível

alto.

4.4 Etapa 4

O circuito representado pela equação (1) foi simulado no Software utilizandosomente portas AND e NOR através dos CI’s 74LS02 e 74LS08, o resultado obtido estárepresentado na figura 22.

Figura 22 - simulação do circuito no DigitalWorks utilizando portas AND e NOR



Através da Tabela Verdade podemos verficar a veracidade da simulação.

Figura 23 – Tabela verdade da Etapa 4

Na simulação do circuito com a utilização do CI 74LS00, foi necessária a

utilização de dois CI’s, conforme mostra a figura abaixo. A veracidade também pode ser

observada através da tabela verdade obtida no Software apresentada na figura 23.

Figura 24 - simulação do circuito no DigitalWorks utilizando portas NAND.

5. CONCLUSÃO

Através dos testes realizados em cada etapa do experimento, foi possível a

percepção do funcionamento dos CI’s e suas respectivas portas lógicas, assim como

abordado e estudado em sala de aula, fazendo com que os conceitos se tornassem mais

concretos e coerentes. Todas as etapas apresentaram resultados de acordo com o

esperado.



ANEXOS

Datasheet d o CI 74LS00



Datasheet do CI 74LS02



Datasheet do CI 74LS04



Datasheet d o CI 74LS08



REFERÊNCIAS

TOCCI, Ronald J. Sistemas digitais: prinípios e aplicações. Editora Pearson 10° Ed.

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