1. Sistemas de numeração e códigos 23

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1 Sumário 1. Sistemas de numeração e códigos Conceitos fundamentais Representações numéricas Representação de dados numéricos Sistemas de números e bases numéricas Sistema de numeração decimal Sistema de numeração binário Sistema de numeração hexadecimal Conversão de base Conversão de uma base qualquer para a base Conversão da base 10 para uma base qualquer Números inteiros Números fracionários Conversão da base 2 para a base Conversão da base 16 para a base Decimal codificado em binário (BCD) Aritmética binária Adição Subtração Multiplicação Divisão 40 Exercícios propostos Introdução à lógica digital, portas e circuitos lógicos Introdução à lógica digital Constantes e variáveis boolianas Representação de uma porta lógica e tabela-verdade Função e porta lógica OR (OU) 49

2 2.5. Função e porta lógica AND (E) Função e porta lógica NOT (NÃO) Diagrama de tempo Descrição de circuitos lógicos Expressão algébrica booliana a partir do circuito lógico Circuito lógico a partir da expressão algébrica booliana Portas lógicas derivadas Função e porta lógica NOR (NOU) Função e porta lógica NAND (NE) Função e porta lógica XOR (Exclusive OR ou OU Exclusivo) Função e porta lógica XNOR (Coincidência) Porta lógica real 78 Exercícios propostos Álgebra booliana e simplificações Introdução Operações básicas da álgebra booliana Operação de adição lógica Operação de multiplicação lógica Operação de inversão lógica Leis fundamentais e teoremas da álgebra booliana Teoremas de De Morgan Extração de expressão booliana a partir de tabela-verdade Extração de expressões boolianas por soma de produtos Extração de expressões boolianas por produto de somas Modos de representações das formas de soma de produtos e produto de somas Construção de circuitos lógicos nas formas padrão e não padrão Simplificação de expressões boolianas usando mapas de Karnaugh Mapas de Karnaugh para duas, três e quatro variáveis Identificação de agrupamento dos mapas de Karnaugh Determinação de expressões boolianas para funções não totalmente especificadas Mapeamento da expressão booliana 120 Exercícios propostos 124

3 4. Aritmética digital e circuitos aritméticos Representação de números binários Representação no formato sinal-magnitude Representação no formato complemento de Representação no formato complemento de Adição binária Subtração binária Adição BCD Adição hexadecimal Subtração hexadecimal Circuitos aritméticos Meio somador Somador completo Meio subtrator Subtrator completo Somador-subtrator Unidade lógica aritmética (ULA) Circuitos integrados aritméticos Somador completo binário de quatro bits 74x Unidade lógica aritmética de quatro bits 74x Exercícios propostos Circuitos lógicos combinacionais Codificadores Decodificadores Decodificador 3x Decodificador com entrada de habilitação Decodificador BCD para ativação de display de sete segmentos Circuitos geradores e verificadores de paridade Código de paridade Geração e verificação de paridade Circuitos lógicos para habilitar e desabilitar Com uma entrada para controle Com duas entradas para controle Comparador de magnitude 196

4 Circuito do comparador de magnitude de quatro bits Comparador de magnitude com circuito integrado Buffers de três estados Apresentação do terceiro estado ou estado de alta impedância Circuitos lógicos com buffers de três estados Barramento com buffers de três estados (alta impedância) 201 Exercícios propostos Circuitos lógicos sequenciais Definição Latch do tipo SR Latch do tipo SR com portas NAND Latch do tipo SR com portas NOR Definição de flip-flop Flip-flop do tipo SR Flip-flop do tipo JK Flip-flop do tipo D Sinais assíncronos em flip-flop Circuitos com flip-flop Eliminador de trepidação de contato Registradores Registrador série-paralelo ou registrador de deslocamento Registrador série-série Registrador paralelo-série Registrador paralelo-paralelo ou latch Contadores Contadores assíncronos Contador assíncrono crescente Contador assíncrono de década Contador assíncrono de 0 a n Contador assíncrono decrescente Contador assíncrono de n a Contadores síncronos Contador síncrono crescente módulo 2 n 250

5 Contador síncrono de década Contador síncrono personalizado Aplicações práticas com circuitos baseados em flip-flop Chave de toque do tipo liga-desliga para lâmpada Frequencímetro Impressora térmica Circuitos integrados relacionados Flip-flop Registradores Contadores Sinal de clock e multivibradores Multivibrador biestável Multivibrador astável Multivibrador monoestável 283 Exercícios propostos Multiplexadores, demultiplexadores e conversores Multiplexadores Definição e funcionamento Expansão da capacidade de um sistema multiplexador Multiplexador na forma de circuito integrado Implementação de funções lógicas utilizando multiplexador Demultiplexador Definição e funcionamento Expansão da capacidade de um sistema demultiplexador Demultiplexador na forma de circuito integrado Transmissão de dados Transmissão serial de dados Transmissão paralela de dados Conversores de sinais D/A e A/D Conversor D/A Conversor D/A com rede resistiva Conversor D/A com amplificador operacional Conversor A/D Conversor A/D do tipo contador de rampa 326

6 Conversor A/D do tipo contador de rampa contínuo Conversor A/D de aproximação sucessiva Parâmetros dos conversores D/A e A/D 331 Exercícios propostos Famílias lógicas História dos circuitos integrados Características elétricas e físicas de um circuito integrado Tensão de alimentação Margem de ruído Corrente-limite Fan-in e fan-out Tempo de comutação Atraso de propagação Potência dissipada Encapsulamento Família lógica TTL Porta lógica NAND simplificada Porta lógica NAND completa Porta lógica NOT (inversora) Porta lógica NOR Demais portas lógicas Características da família lógica TTL e suas variações Tecnologia MOS Família lógica CMOS Porta lógica NOT (inversora) Porta lógica NAND Porta lógica NOR Demais portas lógicas Características da família CMOS e suas variações Outras famílias lógicas e tendências Família lógica RTL Família lógica DTL Família lógica I2L Família lógica ECL 382

7 Família lógica BiCMOS Famílias lógicas CMOS de baixa tensão Famílias lógicas LVDS (low voltage differential signaling) Família lógica 74G (noise cancellation GHz) Dicas para projetar usando circuitos integrados TLL e CMOS Entradas desconectadas Sinais com variação muito lenta Capacitores de desacoplamento Lógica mista entre CIs Diferentes famílias TTL ou CMOS CMOS acionado por TTL TTL acionado por CMOS Diferentes tensões de alimentação 399 Exercícios propostos Dispositivos de memória Conceituando memória Terminologia dos dispositivos de memória Memória volátil Memória não volátil Memória estática Memória dinâmica Célula de memória Palavra ou conteúdo Endereço Entradas de dados Saída de dados Capacidade Velocidade ou tempo de acesso Potência consumida Nibble Byte Word Double word Kilobyte (kb) 407

8 Megabyte (MB) Gigabyte (GB) Operações realizadas em memórias Operação de escrita Operação de leitura Habilitação da memória Seleção da memória Habilitação da saída de dados da memória Arquitetura da memória semicondutora Critérios de escolha de memórias Forma de acesso Tecnologia utilizada Capacidade de armazenamento de dados Saídas da memória Tipos de memórias Memórias voláteis RAM estática (SRAM) RAM dinâmica (DRAM) Memórias não voláteis ROM PROM EPROM EEPROM Flash EEPROM Outros tipos de memórias NVRAM FIFO FRAM Ampliação de memórias em paralelo Ampliação de posições de memória Ampliação de bits por palavra de memória Decodificador de endereços de memórias Mapa de memória 438 Exercícios propostos 440

9 10. Dispositivos lógicos programáveis História dos dispositivos lógicos programáveis PROM PLA PAL GAL CPLD FPGA Programação VHDL Código VHDL Bibliotecas e pacotes Entidade Arquitetura Sinais Variáveis Constantes Operadores Componentes Instruções concorrentes Instruções sequenciais Criando projetos usando PLDs Circuito lógico combinacional usando linguagem VHDL Circuito lógico sequencial usando linguagem VHDL Circuito lógico combinacional usando esquema elétrico 505 Exercícios propostos 514 Respostas dos exercícios propostos 517 Referências 551 Índice remissivo 553 Sobre os autores 558