BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DE CIRCUITOS COMBINACIONAIS Capítulo 3 BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DE CIRCUITOS COMBINACIONAIS

3.1 Circuitos combinacionais. 3.2 Procedimentos de análise e de projeto. 3.3 Decodificadores. 3.4 Decodificadores/drivers BCD para 7-segmentos. 3.5 Displays de cristal líquido. 3.6 Codificadores. 3.7 Multiplexadores/seletores de dados. 3.8 Demultiplexadores. 3.9 Comparadores de magnitude. 3.10 Conversores de códigos. 3.11 Barramento de dados.

Circuitos Combinacionais. Nos circuitos combinacionais a(s) saída(s) depende(m) exclusivamente das combinações entre as variáveis de entrada. - Circuitos que executam prioridades - Codificadores - Decodificadores - Multiplexadores - Demultiplexadores - Comparadores - Somadores - Subtratores

Esquema Geral de um Circuito Combinacional Procedimentos de Análise e Projeto Esquema Geral de um Circuito Combinacional

EX: Sistema Automático para Semáforo Características do Sistema: Quando houver carros transitando somente na rua B, o semáforo 2 deverá permanecer verde para que essas viaturas possam trafegar livremente; Quando houver carros transitando somente na rua A, o semáforo 1 deverá permanecer verde pelo mesmo motivo; Quando houver carros transitando em ambas as ruas, o semáforo 1 deverá permanecer verde, pois a rua A é via preferencial.

Estabelecendo Convenções: a) Existência de carros na rua A: A = 1 b) Não existência de carros na rua A: A = 0 c) Existência de carros na rua B: B = 1 d) Não existência de carros na rua B: B = 0 e) Verde do sinal 1 aceso: V1 = 1 f) Verde do sinal 2 aceso: V2 =1 g) Quando V1 = 1  Vermelho do sinal 1 apagado: Vm1 = 0 Verde do sinal 2 apagado: V2 = 0 Vermelho do sinal 2 aceso: Vm2 = 1 h) Quando V2 = 1  Vermelho do sinal 1 aceso: Vm1 = 1 Verde do sinal 1 apagado: V1 = 0 Vermelho do sinal 2 apagado: Vm2 = 0

Tabela da Verdade SITUAÇÃO A B V1 Vm1 V2 Vm2 X 1 2 3

Expressões Simplificadas e Circuito Lógico

Circuitos que Executa Prioridades EX: Circuito que liga três aparelhos a um amplificador. O circuito lógico receberá informações das variáveis de entrada, A, B e C, representando os aparelhos, e através das saídas SA, SB e SC comutará as chaves CH1, CH2 e CH3 para fazer a conexão conforme a situação requerida.

Convenções Utilizadas: Variáveis de entrada (A, B, C): aparelho ligado = 1 aparelho desligado = 0 Variáveis de entrada (SA, SB, SC): S = 0  chave aberta S = 1  chave fechada

Tabela da Verdade SITUAÇÃO A B C SA SB SC X 1 2 3 4 5 6 7

Expressões Simplificadas e Circuito Lógico

Codificadores e Decodificadores CODIFICADOR - Circuito combinacional que torna possível a passagem de um código conhecido para um código desconhecido. Ex: Circuito inicial de uma calculadora, que transforma uma entrada decimal em uma saída binária, através do sistema de chaves de um teclado, para que o circuito interno processe e faça a operação.

Codificadores e Decodificadores DECODIFICADOR – Circuito digital que detecta a presença de uma combinação específica de bits (código) em suas entradas indicando a presença desse código através de um nível de saída especificado. Em sua forma geral, um decodificador tem n linhas de entrada para manipular n bits e de uma a 2n linhas de saída para indicar a presença de uma ou mais combinações de n bits.  Ex: No mesmo exemplo da calculadora, o decodificador é o circuito que recebe o resultado da operação na forma binária e o transforma em saída decimal, na forma compatível para um mostrador digital apresentar os algarismos.

Códigos Se cada dígito de um número decimal é representado por seu equivalente binário, o resultado é um código chamado “Decimal Codificado em Binário” (Binary Coded Decimal). Como um dígito decimal pode assumir os valores de 0 a 9, quatro bits são necessários para codificar cada dígito. A principal vantagem do código BCD é a relativa facilidade de conversão para o decimal e vice-versa. Código BCD8421 BCD - Binary Coded Decimal 8421 – valores dos algarismos num dado número binário: 23, 22, 21, 20.

Codificador Decimal/Binário BCD8421 Convenção Utilizada: Chave fechada  Nível “0” Chave aberta  Nível “1”

Decodificador Binário/Decimal Estrutura Geral do Decodificador

Decodificador Binário/Decimal Tabela da verdade do circuito no qual as entradas são bits do código BCD8421 e as saídas são os respectivos bits do código decimal 9876543210. O código BCD8421 não possui números maiores que 9, logo, tanto faz o valor assumido nas possibilidade excedentes, visto que, quando passamos do código BCD8421 para o código decimal, estas não vão ocorrer.

Decodificador Binário/Decimal

Decodificador BCD/7 Segmentos Um dos métodos mais simples de se apresentar dígitos numéricos usa uma configuração de 7 segmentos para formar os caracteres decimais de 0 a 9, e algumas vezes ao caracteres hexadecimais de A até F. (a) Configurações dos 7 segmentos e (b) segmentos ativos para cada dígito.

Tecnologias de Fabricação de Display de 7 Segmentos Display a LED (diodo emissor de luz) Anodo comum (nível “0” no catodo) Catodo comum (nível “1” no anodo)

Tecnologias de Fabricação de Display de 7 Segmentos Display de cristal líquido (LCD – “Liquid Crystal Display”)

Comparação entre os Displays de 7 Segmentos Vantagem dos LCDs: - baixíssimo consumo de energia. Vantagem dos displays a LED: - proporcionam um display com brilho mais intenso, facilmente visível em áreas escuras.

Decodificador BCD/7 Segmentos Interligação de um decodificador para display de 7 segmentos com o display.

Tabela da verdade de um decodificador para display de 7 segmentos. BCD8421 CÓDIGO PARA OS 7 SEGMENTOS A B C D a b c d e f g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tabela da verdade de um decodificador para display de 7 segmentos.

Decodificador BCD/7 Segmentos

(a) Decodificador/driver BCD para 7 segmentos acionando um display de 7 segmentos a LEDs de anodo comum; (b) padrões de segmentos para todos os códigos de entrada possíveis.

Display de Cristal Líquido (a) Configuração básica; (b) aplicando-se uma tensão entre o segmento e o backplane, o segmento é ligado. Uma tensão zero desliga o segmento.

Display de Cristal Líquido Características: - Operam basicamente com sinais CA de baixa tensão ( 3 a 15 V) e baixa frequência (25 a 60 Hz). - A tensão CA necessária para ligar um segmento é aplicada entre o segmento e o “backplane”, que é comum a todos os segmentos. - O segmento e o “backplane” formam um capacitor que consome uma corrente muito baixa.

Método de acionar um segmento de LCD Quando CONTROLE estiver em BAIXO, o segmento está desligado; Quando CONTROLE estiver em ALTO, o segmento está ligado.

Método de acionamento de um LCD de 7 segmentos.

Vantagens dos Dispositivos CMOS em relação aos TTL para o acionamento de LCD’s Os CMOS necessitam de muito menos potência que os TTL, e são mais adequados para aplicações onde os LCD’s são alimentados por baterias. O estado BAIXO dos dispositivos TTL não é exatamente 0V e pode ser até 0,4V. Isto produziria uma componente DC entre o segmento e o “backplane”, que encurtaria a vida útil de um LCD.

Conversões entre binários e códigos Gray Conversores de Códigos Conversões entre binários e códigos Gray

Conversor Gray / Binário

Conversor Gray / Binário

Funções lógicas minimizadas Generalizando para um Código Gray de N bits, pode-se escrever: Conversor Gray-para-Binário.

Conversor Binário / Gray

Conversor Binário / Gray

Funções lógicas minimizadas Generalizando para um Código Gray de N bits, pode-se escrever: Conversor Binário-para-Gray.

Multiplexadores Diagrama funcional de um multiplexador (MUX) digital.

Multiplexador Básico de Duas Entradas

Multiplexador de Quatro Entradas

Multiplexador de 8 entradas (a) Diagrama lógico para o multiplexador 74151; (b) tabela da verdade; (c) símbolo lógico.

MUX Quádruplo de Duas Entradas (74157) (a) Diagrama lógico para o multiplexador 74157; (b) tabela da verdade; (c) símbolo lógico.

Ampliação da Capacidade de um Sistema Multiplex A partir de circuitos multiplexadores de baixa capacidade, pode-se formar outros para um maior número de informações de entrada.

Dois 74HC151s combinados para formar um multiplexador de 16 entradas.

Implementar uma Função Lógica com um multiplexador

Multiplexador utilizado para implementar uma função lógica descrita pela tabela da verdade.

Demultiplexador O demultiplexador é o circuito lógico que efetua a função inversa ao multiplexador, ou seja, a de enviar informações contidas em um canal a vários canais de saída, para um de cada vez.

Demultiplexador de 2 Canais Variável de Seleção Canais de Informação S O0 O1 I 1

Projeto do Circuito de um Demultiplexador de 4 Canais Variáveis Canais de Saída S0 S1 O0 O1 O2 O3 I 1

Decodificador de 3 linhas para 8 linhas(ou 1 de 8)

Demultiplexador de 1 para 8 Linhas I é a entrada de dados.

(a) Diagrama lógico para o decodificador 74LS138; (b) Tabela da verdade; ( c) Símbolo lógico

O decodificador 74LS138 pode funcionar como um demultiplexador com E1 usado como entrada de dados; Formas de ondas típicas para o código de seleção A2A1A0 = 000 mostram que 0o é idêntico à entrada de dados I em E1.

Demultiplexador de Clock Um demultiplexador de clock transmite o sinal de clock para o destino determinado pelo código de seleção de entrada.

Ampliação da Capacidade de um Demultiplexador A partir de circuitos multiplexadores de baixa capacidade, pode-se formar outros para um maior número de canais de saída. Variáveis Canais de Saída S0 S1 O0 O1 O2 O3 I 1

Demultiplexador de 8 canais a partir de demultiplexadores de 4 canais Variáveis Canais de Saída S0 S1 S2 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 I 1

Implementar uma função lógica com base num demultiplexador Qualquer função lógica pode ser realizada utilizando apenas um decodificador e portas OR. Exemplo: Considere a função F = x.y A tabela de verdade de F tem apenas um termo com valor lógico ‘1’. Como falamos de uma função de duas variáveis, utilizaremos um decodificador 2-4. O valor de D1 quando a entrada é 00, 10 ou 11 é ‘0’. O valor de D1 quando a entrada é 01é 1 = F, pois a única saída ativa é D1..

Considere agora que se pretende fazer um circuito que realize a função F = x.y + x.y . Neste caso a função será ‘1’ em duas situações distintas: quando xy é 01 e 10. Assim, a função F será a soma de D1 e D2. A figura seguinte apresenta o circuito resultante. Consideremos agora uma função qualquer de n variáveis. Uma vez que as saídas do decodificador correspondem aos termos mínimos de uma tabela de verdade, para implementar uma função de n variáveis, utilizando um decodificador, basta juntar as saídas correspondentes aos termos mínimos com recurso a portas OR.

Exemplo: Pretende-se fazer um circuito que indique se a soma dos 3 bits de entrada é ímpar. Tabela de verdade O circuito correspondente usando um decodificador.

Exemplo de utilização: Sistema de monitoração de segurança.

Comparadores de Magnitude

(a) 74HC85 ligado como um comparador de quatro bits; (b) dois 74HC85s cascateados para realizar uma comparação de oito bits.

Comparador de magnitude usado em um termostato digital.

Barramento de Dados

Representação simplificada das conexões de um barramento.