Fan Out (capacidade de acionamento) Tipos de Portas: buffer, 3-state, opencollector. » TTL: Transistor Transistor Logic» ECL: Emmiter Coupled Logic

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Flávio de Andrade
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1 Circuitos Integrados Características Principais: Tecnologia: CMOS, TTL, etc Velocidade Tensão, Margem de Ruído e Corrente Fan Out (capacidade de acionamento) Tipos de Portas: buffer, 3-state, opencollector Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 1 Circuitos Integrados Tecnologia de CIs Bipolar: (velocidade)» TTL: Transistor Transistor Logic» ECL: Emmiter Coupled Logic MOS: (densidade)» CMOS: Complementary Metal Oxide Silicon NPN NMOS PMOS Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 2

2 Circuitos Integrados Velocidade medida através do delay de propagação t pd = (tp HL + tp LH )/2 Vi 50% Vi Vo Vo 50% D tp HL tp Sistemas Digitais LH I, DEE, PUC -Rio 3 Circuitos Integrados Corrente e Tensão» V OH MIN : tensão de saída mínima para nível 1» V OL MAX : tensão de saída máxima para nível 0» V IH MIN : tensão de entrada mínima para nível 1» V IL MAX : tensão de entrada máxima para nível 0 Saída em 1 V OH V IH Saída em 0 V IL V OL Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 4

3 Circuitos Integrados Margem 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. MR H = V OH MIN -V IH MIN MR L = V IL MAX - V OL MAX Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 5 Dicas Entrada TTL não conectada comporta-se como se estivesse no nível 1 Aberta ( 1,6v) 1 Entradas não utilizadas devem ser conectadas à GND, VCC ou unidas 1 1 D S CP R _ Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 6

4 Circuitos Integrados Correntes: I O (capacidade); I I (carga)» I IH : corrente de entrada para nível 1» I IL : corrente de entrada para nível 0» I OH : corrente de saída para nível 1» I OL : corrente de saída para nível 0 correntes positivas quando entram na porta Saída em 1 I OH I IH Saída em 0 I IL I OL Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 7 Circuitos Integrados Fan Out (capacidade de acionamento) número máximo de portas que podem ser comandadas pela saída de uma porta: N=I O /I I Saída em 1 Saída em 0 I OH I IH I OL I IL I IH I IL Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 8

5 Circuitos Integrados Tipos 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 Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 9 Séries TTL Standard, 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) Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 10

6 TTL - Circuito Interno Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 11 TTL - Funcionamento Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 12

7 TTL - Funcionamento Saída = 1, correntes baixas (microamp) Saída = 0, correntes altas (miliamp) Exemplo: TTL 7400 (standard) Saída em 1 Saída em 0 I OH =400µA I IH =40µA I OL =16mA I IL =1,6mA I IH I IL Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 13 Séries TTL - Comparação Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 14

8 Como acionar um LED? Light-Emitting Diode requer corrente de 10 a 15 ma para luminosidade normal A queda de voltagem no LED é de 1,6 v R R = (VDD-VOL-VLED)/ILED LED R=(5,0-0,5-1,6)/10 270Ω R 330Ω µa Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 15 Buffers/Drivers Possuem maior corrente de saída: I OL e I OH permite acionar grandes cargas Possuem tensão de saída de 15 a 30 volts realizam interface com componentes discretos Tipos: 74240/1: octal buffers/drivers (I OL = 64ma) 7407: hex buffers/drivers (V OH =30v) Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 16

9 Coletor Aberto Saídas de portas TTL interligadas provocam curto (sobrecarga de corrente) Coletor Aberto é um tipo de porta TTL que permite interligar saídas (wired-logic) Wired Logic: lógica com fio (AB and CD) A B AB. CD Ligação só pode ser feita se portas forem coletor aberto C D Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 17 Coletor Aberto Open Colector (oc) realiza wired-logic Circuitos de saída das portas oc requerem polarização: resistor e fonte R min e R max (ver manual TTL) quanto maior R, menor velocidade do sinal m portas oc R OC n cargas OC Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 18

10 Three-state buffers Output = LOW, HIGH, ou Hi-Z. Permite ligar múltiplas saídas juntas Apenas uma saída (no máximo) pode estar ativa a cada instante Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 19 Diferentes Tipos /1/4-octal bus drivers 74365/6/7/8- hex and octal bus drivers Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 20

11 8 fontes compartilham 1 linha 8 fontes compartilham 1 linha SDATA sinal ativo é selecionado por SSRCi decodificador ativa uma única fonte Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 21 3-state drivers: 8 portas com controle único 74244/541 Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 22

12 Aplicação de Driver: leitura de portas de entrada Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 23 Se G=0: DIR=0 BfiA DIR=1 AfiB Three-state transceiver: Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 24

13 Aplicação de Transceiver Bus A e B independentes; Transceiver permite a comunicação entre A e B Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 25 Projeto Um 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: uando o processador faz IN/OUT_L=1, o terminal selecionado por SELi envia para o processador a aposta, o código da tecla (4bits BCD), e, simultaneamente, faz aparecer nos LEDs do terminal correspondente. Escrita: uando o processador faz IN/OUT_L=0 ele coloca o resultado das apostas (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. Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 26

14 Projeto Computador DATAi (fanout=1) 4 bits T1 T2 T3 T16 IN/OUT, DISABLE, SELi Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 27 Projeto Lógico Recursos 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 Dicas: 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 Sistemas a Digitais clock=1 I, DEE, quando PUCusar -Rio contador p/ gerar SELi. 28

15 KPD1 U3C U3D U6A DISABLEIO U3E U6B U3A U2A U2B U2C DISP1 SEL3 SEL2 SEL1 SEL0 DATAi INOUTB U3B U74245 U5B U4 74LS154 E1 E0 A3 A2 A1 A U3F U9A U7A U2D U8A U1 74LS75 D3 3 D2 3 E D1 1 D0 1 E Monoestáveis - Temporizadores Semelhantes a FFs porém, possuem um estado estável ( 0 ) e outro estado ( 1 ) de duração T W componentes discretos R C Mono Trigger estado duração Tw estado estável Trigger T _L T W Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 30 T W = f (R,C)

16 Tipos de Monoestáveis Retrigável : aceita trigger durante T W Não Retrigável : não aceita Trigger Retrigável T W T W T W Não Retrigável T W T W Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 31 Tipos de Monoestáveis ns a 28 segs tw= ln2 C.R R e C têm valores limites C eletrolítico exige uso diodo A1 A2 B R C _L 74122/123 - dual fórmula de tw depende do tipo: LS, S, etc idem quanto a restrições de R e C A B Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 32 T R C _L

17 Aplicações de Monoestáveis- Oscilador R C R C A 1 T _L T W1 A 1 T _L T W2 T W2 T W1 Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 33 Problema: como garantir o início das oscilações? Circuito de Partida: atrasa o sinal de trigger após power-up R C R C 1k A 1 T _L A 1 T _L 1uF V 5v Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 34 t

18 Aplicações de Monoestáveis Detecção de Falha de Sinal monoestável retrigável com T w > período sinal TR C sinal Falha sinal A B T _L T W T W TW Sistemas Digitais I, DEE, PUC -Rio 35

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