Divisão de Engenharia Eletrônica Laboratório de ELE-20. Experiência 4: Síntese e Análise de uma Unidade Lógica Aritmética (ULA)

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1 Versão original: Prof. Duarte Lopes de Oliveira Versão digital : Maj. Fábio Durante Prof. de Laboratório: Prof. Alexis Tinoco Sala 177 r atinoco@ita.br Divisão de Engenharia Eletrônica Laboratório de ELE-20 Experiência 4: Síntese e Análise de uma Unidade Lógica Aritmética (ULA) 1. Objetivos a. Familiarização com a implementação de circuitos digitais em proto-board; e b. Familiarização com técnica de Mapa de Karnaugh reduzido. 2. Instruções gerais Para cada um dos tópicos abaixo, observe o que se pede em negrito. Quando a solicitação é da forma: Projete, espera-se que os alunos projetem os circuitos seguindo algum tipo de especificação dada. Assim, os cálculos combinacionais, procedimentos de minimização ou outros mecanismos utilizados para o projeto e o diagrama esquemático final do circuito devem ser mostrados (constar do relatório). Monte, espera-se que o circuito dado ou projetado seja montado em proto-board de maneira organizada, com as entradas e saídas identificadas. Os componentes serão fornecidos pelo almoxarife, devendo os mesmos serem retornados após a avaliação dos circuitos pelo instrutor. Simule, espera-se que seja utilizado um software de captura esquemática ou VHDL para a obtenção dos resultados. Assim, o diagrama esquemático (no caso de captura esquemática) deve ser apresentado, bem como o diagrama de temporização contendo as entradas e as saídas. Analise, espera-se que sejam obtidas as expressões lógicas, tabelas verdade, a partir de um diagrama esquemático, diagrama de temporização ou outra informação sobre o circuito lógico. Dessa forma, os procedimentos de análise devem ser mostrados no relatório. Um breve comentário sobre os resultados, observações e dificuldades é esperado para todas as tarefas. 3. Informações úteis 3.1 Especificações básicas da ULA 74181

2 Tabela verdade para Active-Low Data Não deixe de consultar o Data Book para mais informações. 3.2 Projeto completo de uma ULA de um BIT. Com o objetivo de exemplificar o projeto de uma ULA de 1 bit considerarão-se as operações apresentadas na Tabele 1. Tabela 1: Tabela de operações da ULA a ser projetada. M C 0 S 1 S 0 Saída Comentário F=A Entrada A transferida para a Saída F= A Complemento de um de A F=A mais B Soma de A com B F= A mais B Soma de B e complemento de um de A F=A mais 1 Incrementa A F= A mais 1 Complemento de dois de A F=A mais B mais 1 Incrementa soma de A mais B F= A mais B mais 1 B menos A 0 X 0 0 F i = A i Entrada A i transferida para a saída F i 0 X 0 1 F=A i i Entrada A i complementada e transferida para a saída F i 0 X 1 0 F i = A i B i ou exclusivo 0 X 1 1 F=A B i Não ou exclusivo i i 3.2.1) Elaboração dos mapas de Karnaugh e redução das funções F e Carry. Função Carry: MC S 1 S X X X X 01 X X X X 11 A A A + B A+B 10 X X AB AB

3 n C = AMCS S + AMCS S + MCABS S + MCABS S + A+B MCS S + A+B M C S S Simplificando a expressão C n, obtém-se: ( ) C=MC n A S 0 +SB 1 MC A S Função de saída F: MC S 1 S A A A B A B 01 A A A B A B 11 A A A B A B 10 A A A B A B ( ) ( ) F = AS MC S + AS MC S + S A B MC S S A B MC S 1 0 Simplificando a expressão de F, obtém-se: 3.2.2) Desenho esquemático do circuito: F = MC S A BS Exemplo simples de output. 3.4 Material necessário para as montagens: 4 LED; 4 Resistores 330 Ω (ou próximo); 1 CI 74181, CIs 7408, 7432, 7486 (verificar quantidade após o projeto feito); fios para proto-borad; fonte de +5V; alicate de corte; e prot-borad.

4 4. Montagens: 4.1 Monte a ULA de 1 bit esquematizada no circuito lógico abaixo. Verifique a validade a tabela de operações abaixo: M C 0 S 1 S 0 Saída Comentário F=A Entrada A transferida para a Saída F= A Complemento de um de A F=A mais B Soma de A com B F= A mais B Soma de B e complemento de um de A F=A mais 1 Incrementa A F= A mais 1 Complemento de dois de A F=A mais B mais 1 Incrementa soma de A mais B F= A mais B mais 1 B menos A 4.2 Utilizando a ULA 74181, projete um circuito que realize as seguintes operações (0) d +(0) d, (3) d +(5) d, (8) d -(5) d, (8) d +(8) d. Esse circuito deve ter diodos leds para indicar o resultado da operação, um diodo led para sinalizar a condição quando A=B e um único switch (chave) para conmutar entre a operação de soma e de subtração. Observe o diagrama de blocos abaixo. 5. Simulação: 5.1 Projete uma ULA como célula básica (1 bit) que executa as operações da tabela abaixo: A B M Célula Básica C 0 S 0 S 1 C F Mostre:

5 a. A tabela de verdade de F e C de cada operação; b. A tabela de verdade de F e C; c. A implementação desta ULA usando como componente principal um MUX 8x1 que possua uma entrada Enabled ativada em baixo; d. A implementação utilizando função multinível (mostre também os mapas de Karnaugh reduzidos utilizados para chegar às funções F e C). 5.2 Simule, através do captura esquemática, o problema anterior na condição em que não foram utilizados MUX. Mostrando o resultado de todas as 12 operações para: a. A=1, B=0 b. A=0, B=1 c. A=1, B=1 6. Comentários Finais O relatório para esse laboratório segue o mesmo padrão dos anteriores e deve ser entregue na próxima aula de laboratório de cada grupo.