Laboratório de Circuitos Digitais 1

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1 Universidade Estadual Paulista ampus de Sorocaba Laboratório de ircuitos Digitais 1 Experimento 03: Projeto e simulação de decodificador para display Experimento com atividade pré-aula Prof. lexandre da Silva Simões 2005

2 Laboratório de ircuitos Digitais 1 Experimento 03: Projeto e simulação de decodificador para display 1. Objetivos: Objetivo geral: O conjunto desta prática projeto e implementação tem por objetivo aprimorar a visão do aluno no que diz respeito à metodologia de um projeto da eletrônica digital e às implicações das decisões de projeto. Objetivo específico: o final deste experimento o aluno deverá estar apto a elaborar um decodificador para implementação de qualquer seqüência em um display, e, de forma mais abrangente, apto a elaborar um circuito digital que implemente qualquer tabela-verdade. 2. Material necessário: 1. Projeto personalizado de decodificador (ver seções a seguir); 2. Software de simulação; 3. Descrição do Projeto 3.1 spectos gerais presente prática contará com duas fases distintas: 1. Preparação: a ser feita fora da sala de aula, anteriormente ao experimento; 2. Implementação: a ser feito exclusivamente em laboratório, utilizando software de simulação. 3.2 Objetivo e detalhamento O aluno deve projetar um circuito digital utilizando o display de 7 segmentos, que, para as cinco primeiras entradas binárias exiba respectivamente os cinco primeiros números do seu registro acadêmico (R). s seguintes considerações devem ser respeitadas: 1. Desprezar o traço (ou barra) presente no seu R. Ex: ; 2. Desprezar todos os zeros à esquerda do seu R. Ex: ; 3. No caso do seu R possuir menos de 5 dígitos, utilizar o algarismo 0 (zero) à direita para completá-lo para os 5 dígitos. Ex: O display a ser utilizado deverá ser do tipo cátodo comum; 5. Qualquer saída no display é admissível para entradas não previstas no projeto (utilizar a que proporcionar maior economia de portas lógicas).

3 3.3 Elaborando o projeto de um decodificador para display Um decodificador para display de 7 segmentos nada mais é do que um circuito digital (neste caso implementado em termos de portas lógicas) capaz de acionar um display de alguma maneira pré-determinada, de acordo com a combinação de valores presentes nas entradas. ssim sendo, consideremos no decorrer do projeto um circuito como o mostrado na figura 1. Entradas IRUITO DIGITL a b c d e f g Saídas figura 1 Esquema geral do projeto proposto. O projeto de um decodificador para display (como o projeto de qualquer circuito combinacional) pode ser realizado em 3 passos distintos: Passo 1: levantamento da tabela verdade do circuito Para a elaboração de todo projeto digital, o primeiro passo a ser executado é o levantamento da tabela verdade, partindo-se do problema proposto. Para tanto, é necessário identificar as variáveis de entrada e saída do circuito. No circuito mostrado, podemos identificar como variáveis: Variáveis de entrada: os três bits do número binário (, e ); Variáveis de saída: os sete segmentos do display (a, b, c, d, e, f, g); Uma vez identificadas as variáveis de entrada e saída do sistema, basta elaborar a tabela verdade do problema com as saídas desejadas para cada combinação das entradas. Passo 2: Minimização das variáveis do sistema O segundo passo de um projeto digital é a determinação das expressões algébricas mínimas para cada uma das variáveis de saída no circuito. No presente experimento, faremos uso da minimização utilizando os diagramas de Veich-Karnaugh. Passo 3: Determinação do circuito digital para implementação De posse de todas as expressões simplificadas, o terceiro passo do projeto é o levantamento do circuito combinacional que implementa a tabela verdade do problema.

4 4. Exemplo de Projeto: Seja um aluno cujo registro acadêmico (R) é o número Levando-se em consideração os itens descritos na seção 3, para efeito de projeto tal R passa a ser considerado como O objetivo geral do projeto é levantar um circuito digital que, para uma das 5 primeiras entradas em (isto é: 0000, 0001, 0010, 0011, 0100) exiba no display respectivamente os 5 primeiros números do R, ou seja, deseja-se um circuito que implemente a situação mostrada na tabela 1. Entradas binárias Display tabela 1 Exemplo de projeto de decodificador para o R Uma vez identificadas as variáveis de entrada e saída do circuito, para a elaboração da tabela verdade (primeiro passo do projeto) basta identificar as saídas para todas as combinações de entradas, o que pode ser feito tomando como base a tabela 1. tabela verdade elaborada é mostrada na tabela 2. Entradas binárias Saídas (segmentos do display) a b c d e f g tabela 2 Exemplo de tabela verdade para o R Iniciando o segundo passo do projeto, passa-se à fase de minimização das variáveis de saída. Neste caso, uma a uma, realizaremos a minimização via diagramas de Veich- Karnaugh. Desta forma, existirão não apenas um, mas sete pequenos circuitos digitais combinacionais a serem implementados: um para cada uma das sete saídas (a, b, c, d, e, f e g). O processo de minimização pode ser acompanhado pela figura 2.

5 a b c d g x x x e Expressões minimizadas: f a: + + b: + + c: 1 d: ou + + e: +. f: ou + + g:. +. ou + figura 2 Minimização da tabela verdade para o R De posse das expressões mínimas dos sete sub-circuitos, inicia-se o terceiro passo do projeto: a elaboração do circuito digital desejado a partir das expressões booleanas. figura 3 ilustra o levantamento do circuito digital correspondente ao R figura 3 ircuito digital para o o R Implementado o circuito digital desejado, seu comportamento deve responder exatamente como o mostrado na tabela 1 para as cinco primeiras entradas binárias em, e. O processo de verificação do circuito é mostrado na figura 4.

6 figura 4 Decodificador para display de 7 segmentos implementado. 5. tividade pré-aula: Tomando como base o exemplo mostrado nas seções anteriores, o aluno deverá realizar o projeto de um decodificador para o seu próprio R conforme o descrito na seção 3. Todos os passos realizados pelo aluno deverão ser executados na folha de preparação do experimento, no final deste roteiro. implementação do projeto no software MULTISIM será feita no laboratório.

7 TENÇÃO: não preparação do experimento (projeto) com antecedência implica na impossibilidade da execução do laboratório, e, portanto, na atribuição da nota zero nesta esta prática. O projeto é individual. 6. Procedimento experimental (em laboratório): Uma vez de posse do projeto executado, o aluno deve realizar a seguinte seqüência de passos: 1. Montar o circuito projetado para o experimento utilizando o simulador MULTISIM; 2. Levantar a tabela verdade para o circuito projetado, introduzindo uma a uma todas as entradas possíveis para o circuito e anotando as saídas do display para todas as possíveis combinações de entradas (utilize a folha para relatório no final deste roteiro); 3. Observar as saídas levantadas experimentalmente: 3.1 aso as cinco saídas projetadas sejam as esperadas, mostrar ao professor; 3.2 aso o resultado obtido na prática não seja o esperado por projeto, observar o segmento (led) que não corresponde ao esperado e rever a respectiva minimização e implementação; 4. Responder na última folha deste roteiro as duas questões a seguir: Questão 1: Explique porque foram obtidos tais valores nas variáveis de saída para as 3 últimas entradas binárias. Questão 2: Para alterarmos o tipo do display utilizado de cátodo comum para ânodo comum, de forma rápida, que alterações você sugeriria no circuito? o final da prática, deverão ser entregues ao professor as folhas de preparação do experimento e também a folha de relatório. 7. ibliografia Tocci, R. J.; Widmer, N. S.; "Sistemas Digitais - princípios e aplicações" Livros técnicos e científicos editora, 7a edição, 1998; Idoeta, I. V.; apuano, F.G.; Elementos da eletrônica digital Ed. Érica, 29ª edição, Taub, H.; ircuitos digitais e microprocessadores McGrawHill, 1984.