Laboratório de circuitos digitais 01

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Published on February 5, 2014

Author: pimenteldonascimento

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Relatório de aula prática, apresentado como pré-requisito à obtenção parcial de nota referente à disciplina de Eletrônica Digital, da Universidade Federal de Roraima.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DIGITAL – I UNIVERSALIDADE DA PORTA NAND – Datasheet 74LS00 BOA VISTA, RR. 11/2013

ADRIANO J. PIMENTEL DO NASCIMENTO ELLYELSON FOSNECA FERREIRA LUCIANO CARDOSO DE ANDRADE LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DIGITAL – I UNIVERSALIDADE DA PORTA NAND – Datasheet 74LS00 Relatório apresentado de como aula prática, pré-requisito à obtenção parcial de nota referente à disciplina de Eletrônica Digital, da Universidade Federal de Roraima. Orientador: Prof. Msc. Armstrong Campelo Batista. BOA VISTA, RR. 11/2013 1

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 3 2. DESENVOLVIMENTO ........................................................................................ 4 2.1.REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................. 4 2.1.1PORTAS LÓGICA ........................................................................................................ 4 2.1.2TEOREMAS BOOLEANOS .......................................................................................... 5 2.1.3OUTROS TEOREMAS.................................................................................................. 6 2.1.2.1TEOREMAS DE DEMORGAN .................................................................................. 6 2.1.2.UNIVERSALIDADE DAS PORTAS LÓGICAS .......................................................... 6 3 OBJETIVO GERAL .............................................................................................. 8 4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS E METODOLOGIA .............................. 8 4.1 MATERIAIS UTILIZADOS ......................................................................... 8 4.1.1 PORTA NAND 74LS00 .......................................................................... 8 4.1.2 FIOS CONDUTORES ............................................................................. 9 4.1.3 MÓDULO UNIVERSAL 2000 ................................................................ 9 4.1.4 ALICATE DESENCAPADOR ................................................................ 9 4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................................... 9 4.2.1 DADOS DO CIRCUITO LÓGICO .......................................................... 9 4.2.2 EXPERIMENTO ................................................................................... 10 5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS .................................................................... 13 5.1 MONTAGEM ............................................................................................. 13 5.2 RESULTADOS .............................................................................................. 14 6 CONCLUSÕES ................................................................................................... 14 7 REFERÊNCIAS .................................................................................................. 15 Índice de Figuras FIGURA 2.1.2: Representação dos teoremas Booleanos FIGURA 2.1.2.1: Universalidade das portas lógicas FIGURA 2.1.2.2: universalidade das portas lógicas FIGURA 2.1.2.1: Simbologia alternativa das Portas Lógicas FIGURA 4.1.1: Diagrama de conexão especificado no datasheet DM74LS00 FIGURA 4.1.3: Módulo Universal 2000 FIGURA 4.2.1: Circuito lógico a ser analisado e implementado com porta lógica NAND. FIGURA 4.2.1-2: circuito lógico implementado com a universalidade das Portas NAND. FIGURA 4.2.1-3: Circuito lógico obtido pela simplificação dos inversores das Portas lógicas. FIGURA 4.2.3: Arranjo Pin CI HD74LS00P FIGURA 5.1-1: Diagrama de conexão do CI. FIGURA 5.1-2: Imagem do Módulo ao término do circuito lógico montado. Índice de Tabelas TABELA 4.2.2: Tabela verdade da expressão lógica. TABELA 5.2: Tabela verdade obtido através do Módulo Universal. 2

1. INTRODUÇÃO Este relatório apresenta as experiências e resultados realizados em laboratório da aula prática de Eletrônica Digital, observando as funcionalidades e aplicações dos equipamentos apresentados, bem como as características dos componentes do circuito lógico. Bem como utilização dos teoremas Booleanos e portas lógicas. 3

2. DESENVOLVIMENTO 2.1. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1.1 PORTAS LÓGICAS 2.1.1.1. PORTA OR (OU) É a primeira das três operações Boolenas básicas. O único caso em que x é nível 0 é quando ambas as entradas são 0. As operações Or gera uma saída 1 sempre que qualquer das entradas for 1, caso contrário a saída é 0. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 X=A+B 0 1 1 1 Tabela verdade e símbolo da Porta OR (OU). 2.1.1.2. PORTA AND (E) Duas entradas lógicas, A e B são combinadas usando uma operação AND para gerar saída X. Apenas quando A e B forem 1. Para qualquer um das entradas, a saída será 0. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 X=A.B 0 0 0 1 Tabela verdade e símbolo da Porta NAD (E). 2.1.1.3. PORTA NOT (NÃO) – INVERSOR Denominada de inversor, esta porta pode ser realizada sobre uma única variável de entrada. Seu nível lógico de saída é sempre oposto ao nível lógico de entrada. A 0 1 1 0 Tabela verdade e símbolo da Porta NOT (NÃO). 4

2.1.1.4. PORTA NOR (NOU) Semelhante a porta OR, porém é seguido de um INVERSOR que altera o resultado de saída para seu inverso. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A+B 0 1 1 1 ( 1 0 0 0 Tabela verdade e símbolo da porta NOR (NOU). 2.1.1.5. PORTA NAND (NE) O símbolo é o mesmo que o da porta AND, exceto pelo pequeno círculo na saída que indica a operação de inversão sobre o resultado de saída. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A+B 0 1 1 1 ( 1 0 0 0 Tabela verdade e símbolo da porta NAND (NE). 2.1.2 TEOREMAS BOOLEANOS Utilizamos os teoremas Booleanos para a simplificação de expressões lógicas e circuitos lógicos. O primeiro grupo de teoremas é apresentado na Figura 1. Em cada um x é uma variável lógica que pode ser 0 ou 1. Cada teorema está acompanhado com o circuito lógico correspondente. FIGURA 2.1.2: Representação dos teoremas Booleanos 5

2.1.3 OUTROS TEOREMAS Outros teoremas que envolvem mais de uma variável: (9) x + y = y + x (10) x . y = y . x (11) x + (y + z) = (x + y) + z = z + y + z (12) x. (y. z) = (x.y).z (13.1) x(y + z) = xy + xz (13.2) (w + x)(y + z) = wy +xy + wz + xz (14) x + x.y = x (15.1) x + y = x + h (15.2) + y= 2.1.2.1 +y TEOREMAS DE DEMORGAN Os teoremas de DeMorgan são extremamente úteis para a simplificação expressões nas quais um produto ou uma soma de variáveis aparece barrado. (16) (17) ( 2.1.2. UNIVERSALIDADE DAS PORTAS LÓGICAS FIGURA 2.1.2.1: As portas NAND podem ser usadas para implementar qualquer função Booleana 6

FIGURA 2.1.2.2: da mesma forma que as NAND podem ser usadas para implementar funções lógicas, as portas OR podem também serem usadas para fazer qualquer operação Booleana. 2.1.2.1. SÍMBOLOGIAS ALTERNATIVAS Existem simbologias lógicas alternativas que podem usadas juntamente com os símbolos padrões, observados na figura abaixo: FIGURA 2.1.2.1: Simbologia alternativa das Portas Lógicas 7

3 OBJETIVO GERAL Estudar, analisar, projetar, implementar e testar circuitos com portas lógicas, bem como manusear com os Teoremas e aplicar a universalidade da porta lógica NAND. 4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS E METODOLOGIA 4.1 MATERIAIS UTILIZADOS      Módulo Universal 2000; Fios condutores; Portas NAND (Código 74LS00); Alicate desencapador de fios CI HD74LS00P 4.1.1 PORTA NAND 74LS00 FIGURA 4.1.1: Diagrama de conexão especificado no datasheet DM74LS00. Entradas Saída A B H L L H L H H H L H H H L H L Nível lógico alto ( HIGH) Baixo nível Logico ( LOW) Y= TABELA: de funções 8

4.1.2 FIOS CONDUTORES Estabelecer a conexão 4.1.3 MÓDULO UNIVERSAL 2000 O Módulo Universal 2000 é um sistema multidisciplinar para laboratórios nas seguintes áreas: Eletricidade Básica, Eletrônica Analógica, Eletrônica Digital, Dispositivos Lógicos Programáveis, Interface Digital, Comunicação Analógica, Dispositivos Optoeletrônicos, Amplificadores Operacionais, entre outras. O módulo 2000 dispõe de recursos didáticos, como protoboards para montagens, LEDs e chaves para simulações, detector de níveis lógicos, fontes analógicas e digitais e gerador de sinais. FIGURA 4.1.3: Módulo Universal 2000 4.1.4 ALICATE DESENCAPADOR Utilizado para desencapar sempre um mesmo comprimento de fio o que otimiza a operação posterior de crimpagem com terminais normalizados. 4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.2.1 DADOS DO CIRCUITO LÓGICO FIGURA 4.2.1-1: Circuito lógico a ser analisado e implementado com porta lógica NAND. EXPRESSÃO LÓGICA: Utilizando a universalidade das portas NAND e substituindo no circuito lógico da Figura acima, obtemos o circuito lógico abaixo: 9

FIGURA 4.2.1-2: circuito lógico implementado com a universalidade das Portas NAND. Fazendo a simplificação do circuito, obtemos o circuito da figura abaixo: FIGURA 4.2.1-3: Circuito lógico obtido pela simplificação dos inversores das Portas lógicas.  EXPRESSÃO LÓGICA:  PROCESSO DE SIMPLIFICAÇÃO 4.2.2 EXPERIMENTO O experimento teve início com verificação da tabela verdade, verificado através do circuito lógico simplificado. Encontrando os seguintes resultados: A 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 1 C 0 0 1 1 0 D 0 1 0 1 0 A 0 0 0 0 0 BC 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 1 Y 0 0 0 0 1 10

0 0 A 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 B C D BC A B 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 TABELA 4.2.2: Tabela verdade da expressão lógica. 0 1 Y 1 1 1 1 1 1 0 1 1 4.2.3 CI HD74LS00P – Parâmetros de fábrica Um tipo popular de CI digital é ilustrado na Figura 1. Este modelo de invólucro é denominado encapsulamento em linha dupla (dual-in-line package - DIP) pelos fabricantes de CIs. O mesmo CI é, em geral, oferecido comercialmente em vários tipos de empacotamento, cada um mais adequado a um tipo de montagem mecânica ou ambiente de utilização, a critério do projetista que o utiliza. Além disso, cada empacotamento possui determinadas características com relação à dissipação de calor. FIGURA 4.2.3: Arranjo Pin CI HD74LS00P 11

Absolutas Classificações Máximo Símbolo Item Tensão de alimentação tensão de entrada A dissipação de energia A temperatura de armazenamento VCC Note VIN PT Tstg Pontuações 7 7 400 -65 atè +150 Unidade V V mV °C Características elétricas Item Tensão de entrada Simbolo VIH VIL Tensão de saída VOH VOL Corrente de entrada IIH IIL II Corrente de saída de curto-circuito Corrente de alimentação Tensão braçadeira de entrada IOS ICCH ICCL VIK Min. Tip.* Max. Unid. V V V V Condição 2.0 -2.7 ------20 ---------- -0.8 -0.5 0.4 20 -0.4 0.1 -100 uA mA mA mA VCC = 5.25 V, VI = 2.7 V ---- 0.8 2.4 -- 1.6 4.4 -1.5 mA mA V VCC = 5.25 V VCC = 4.75 V, VIL = 0.8 V, IOH = –400 A IOL = 8 mA VCC = 4.75 V, VIH = 2 V IOL = 4 mA VCC = 5.25 V, VI = 0.4 V VCC = 5.25 V, VI = 7 V VCC = 5.25 V VCC = 5.25 V VCC = 4.75 V, IIN = –18 mA Nota: * VCC = 5 V, Ta = 25C Os níveis de tensão garantidos pelos fabricantes e que realmente mostram a compatibilidade entre os membros da família são apresentados na Tabela I. PARÂMETRO VIL VIH VOL VOH DESCRIÇÃO Máxima tensão na entrada reconhecida como nível ZERO Mínima tensão na entrada reconhecida como nível UM Máxima tensão fornecida na saída em nível ZERO Mínima tensão fornecida na saída em nível UM Níveis de tensão para uma porta TTL. Além da compatibilidade entre os níveis de tensão requeridos pelas entradas e fornecidos pelas saídas, também é necessário examinar os valores das correntes absorvidas e fornecidas pelas entradas e saídas dos circuitos integrados, tanto em nível UM como em nível ZERO. PARÂMETRO IIL DESCRIÇÃO Corrente máxima fornecida por entrada em nível ZERO 12

IOL IIH IOH Corrente máxima absorvida por saída em nível ZERO Corrente máxima absorvida por entrada em nível UM Corrente máxima fornecida por saída em nível UM TEBELA: Níveis de corrente (TTL série 74). Características de comutação Item Símbolo Tempo de tPLH propagação tPHL Min. ------- Tip. 9 10 Max. 15 15 Unidade ns ns Condição CL = 15 pF, RL = 2 kΩ Tempo de propagação descrita acima pelo fabricante, informa o intervalo de tempo decorrido entre uma variação de sinal na entrada e a correspondente variação na saída; é calculado através da média aritmética dos tempos de propagação para variação do sinal de saída de BAIXO para ALTO (tPLH) e de ALTO para BAIXO (t PHL). 5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 5.1 MONTAGEM Através do Datasheet 74LS00 especificado, foi realizado a montagem do circuito lógico, conforme a imagem: FIGURA 5.1: Diagrama de conexão do CI. FIGURA 5.1-2: Imagem do Módulo ao término do circuito lógico montado. 13

5.2 RESULTADOS Através dos resultados obtidos na montagem do circuito lógico no módulo obtivemos a tabela verdade de acordo com as possibilidades dos níveis lógicos alto ou baixo: A B C D Y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 TABELA 5.2: Tabela verdade obtido através do Módulo Universal. 6 CONCLUSÕES Esse experimento possibilitou conhecer de forma mais ampla o funcionamento do Módulo Universal 2000, as aplicações do CI’s e dos teoremas Booleanos. Foi comprovado que os resultados das saídas (Y) listadas na tabela 4.2.2, obtidas anteriormente por meio dos teoremas booleanos da expressão lógica , foram iguais quando comparados com a tabela verdade 5.2 obtida pelo Módulo Universal 2000. Dessa forma, verificou-se a validade dos teoremas Booleanos aplicado na simplificação de expressões complexas de circuitos lógicos. 14

7 REFERÊNCIAS TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S.; MOSS, Gregory L. .Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. 10ª ed. São Paulo: Pearson, 2007. 830 p. CAPUANO, Francisco G.; IDOETA, Ivan Valeije. Elementos de Eletrônica Digital. 40ª ed. São Paulo: Érica. 544 p. 15

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