Definição. Elemento com uma ou mais entradas que produz um sinal de saída, função dos valores presentes na entrada.

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Aparecida Domingues Azeredo
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1 Portas Lógicas Definição Elemento com uma ou mais entradas que produz um sinal de saída, função dos valores presentes na entrada. sinal de saída e o sinal de entrada tem a mesma característica eléctrica permitindo interligar entradas e saídas de várias portas lógicas Circuito lógico digital capaz de implementar uma qualquer função lógica. Lógica e Sistemas Digitais 37

2 Portas Lógicas Símbolos Lógica e Sistemas Digitais 38

3 Tensão, Corrente e Resistência Tensão eléctrica(potencial eléctrico) V[V- volt] Diferença de potencial eléctrico entre dois nós do circuito Um nó do circuito é escolhido como referência (nó de referência) sendo medida a diferença de potencial entre os restantes nós em relação a esse Tensão nos nós. Correnteeléctrica I[A-ampére] Fluxo de electrões através de um condutor quando submetido a uma diferença de potencial Para haver corrente eléctrica é necessária a existência de um circuito fechado ResistênciaeléctricaR[Ω-ohm] Capacidade de um corpo se opor à passagem de corrente quando existe uma diferença de potencial aplicada. LeideOhm. + V - V I R R I Lógica e Sistemas Digitais 39

4 Tensão, Corrente e Resistência Analogia hidráulica Interruptor Válvula Diferença de potencial Pressão Fonte Bomba Resistência Turbina Corrente fluxo de água + V - R I Lógica e Sistemas Digitais 40

5 Tensão, Corrente e Resistência Exemplos Resultados: V=5V V=5V V=2,5V V 5V Lógica e Sistemas Digitais 41

6 Diodo Diodo como Dispositivo Binário Característica real: Não linear Modelo binário: Aproximação por troços lineares. ZonadeCondução: 0 ZonadeCorte: 0 Comportamento: Umdiodoestará à conduçãose atensão v ak atingira tensão limiar de condução V LC (0,7V para o de silício e0,3vparaodegermânioouparaodeschottky). Quando em condução e para qualquer valor de corrente, v ak éaproximadamente iguala V LC. Quando polarizado com valores de v ak inferiores a V LC ou em sentido inverso (ânodo mais negativo que o cátodo), o diodo comporta-se como um circuito aberto. Quando polarizado com tensões muito negativas o diodopodeentraremrotura(v Disr ) Lógica e Sistemas Digitais 42

7 Diodo Analogia hidráulica Fluxo passa quando venceraforçadamola Fluxo não passa Lógica e Sistemas Digitais 43

8 Diodo Tiposdediodo Junção Zener Schottky LED Lógica e Sistemas Digitais 44

9 Diodos Exemplos em circuito D 1 ON OFF OFF ON OFF D 2 OFF ON OFF D 3 ON OFF ON I 1 = 0 > 0 = 0 I 2 > 0 = 0 > 0 I > 0 = 0 I=I 2 I=I 1 I=I 2 Lógica e Sistemas Digitais 45

10 Portas Lógicas ANDcomdiodos Tensão (V) A B L A B F Valor Tensão Valor Tensão lógico (V) lógico (V) Valor lógico , , , V +2,5V +0,8V 0V Margem de tensões representando o valor lógico "1" Margem proíbida Margem de tensões representando o valor lógico "0" Lógica e Sistemas Digitais 46

11 Portas Lógicas ORcomdiodos A B L T en são (V ) A B F V alo r T en são V alo r T ensão lóg ico (V ) ló g ico (V ) V alo r lóg ico , , ,3 1 Lógica e Sistemas Digitais 47

12 Portas Lógicas a Diodos Exemplo AND +5V A B C D E F A B AND R 1 +5V F R 1 C R 2 D E OR Lógica e Sistemas Digitais 48

13 Portas Lógicas Transístor como elemento lógico Transístores de junção bipolar TTL MOS(comportamento): Um transístor só estará em condução (interruptor fechado) se existir uma tensão +V na Gate caso seja do tipo N, ou tensãozerocasosejadotipop. Quando em condução estabelece uma resistência próxima de zero entre o Drain e a Source, comportando-se como um interruptor fechado. Quando a tensão na Gate for zero (transístor N) o transístor não conduz estabelecendo uma resistência de centenas de mega Ohm entre o Drain e a Source comportando-se como um circuito aberto. Verifica-se o mesmo efeito para o transístortipopquandoatensãonagateézero. Lógica e Sistemas Digitais 49

14 Portas Lógicas MOS como inversor lógico Funcionamento Quando a tensão em A é zero, o transístor não conduz (corte) pelo que a corrente em R é zero e por conseguinte não promove queda de tensão em R, ficando a saída S a +5V. Quando a tensão em A é +5V, o transístor conduz estabelecendo 0V entre Drain e Source, colocando assim a saídasa0v. Função implementada é o NOT Inconvenientes O valor lógico 1 na saída é imposto pela resistência e o seu valor em tensão depende do que nela estiver ligado. Os tempos de subida e descida da tensão de saída são diferentes. As resistências em circuito integrado ocupam demasiado espaço. Lógica e Sistemas Digitais 50

15 Portas Lógicas CMOS Inversor CMOS Em lugar da resistência utiliza-se um MOS tipo P para impor à saída a tensão do nível lógico 1. Tensão (V) A Valor lógico Estado dos Transistores T1 T2 Tensão (V) F Valor lógico 0 0 OFF ON ON OFF 0 0 Lógica e Sistemas Digitais 51

16 Portas Lógicas CMOS NAND.. A B S Lógica e Sistemas Digitais 52

17 Portas Lógicas CMOS NOR. A B S Lógica e Sistemas Digitais 53

18 Portas Lógicas CMOS OR A B S Lógica e Sistemas Digitais 54

19 Portas Lógicas CMOS Função completa Implementa qualquer operação lógica NAND enor NOT.1. 0 AND... OR Lógica e Sistemas Digitais 55

20 Portas Lógicas CMOS Simplificação em circuito Pelo teorema de DeMorgan:. ;.. ;. Exemplo Lógica e Sistemas Digitais 56

21 Circuito Integrado Digital Escalas de integração SSI: (Small Scale Integration) Integração em pequena escala envolvendo dezenas de transístores podendo envolver uma dezena de portas lógicas. MSI: (Medium Scale Integration) Integração em média escala podendo integrar uma a duas centenas de portas lógicas. LSI: (Large Scale Integration) Integração em larga escala podendo integrar milhares de transístores permitindo construir um sistema digital complexo por exemplo um microprocessador. VLSI: (Very Large Scale Integration) podendo integrar milhões de transístores. Lógica e Sistemas Digitais 57

22 Circuito Integrado Digital Famílias Lógicas TTL: realizada com transístores de junção bipolar 5V 74xx(normal); 74Lxx(Low-power); 74Sxx(Schottky); 74Hxx(Highspeed); 74Fxx (Fast); 74LSxx (Low-power Schottky); 74ASxx (Advanced Schottky); 74LVTTLxx(Low-voltage 3.3V) CMOS 3a18V 40xx;45xx;140xx(normal) CMOS compatível com TTL(High-speed CMOS) 74HCxx(2Va6V);74HCTxx(4,5Va5,5V);74AHCxx(2Va5,5V) Lógica e Sistemas Digitais 58

23 Circuito Integrado Digital Portas lógicas e empacotamento Lógica e Sistemas Digitais 59

24 Portas Lógicas Exercício Pretende construir-se o sistema para controlo de uma lâmpada de iluminação de uma sala. A sala tem três portas, estando associado a cada uma das portas um interruptor biestável(que permanece activado ou desactivado). O sistema de controlo deve ter o seguinte comportamento: se todos os interruptores (A, B e C) estiverem desactivados (valor lógico zero) a lâmpada deve estar apagada; Independentemente do estado em que se encontre cada um dos interruptores, se for alterado o estado de um qualquer interruptor, a lâmpada deve acender caso esteja apagada, ou apagar caso esteja acesa. Este comportamento permite entrar ou sair por qualquer porta, e ter sempre possibilidade de no interruptor que lhe está associada, apagar ou acender a lâmpada. Lógica e Sistemas Digitais 60

25 Portas Lógicas Resolução Estado inicial (um interruptor já activado) (2 int. já activ.) (Final) Afunçãonãoésimplificável uniãode4termosmínimos (ouaintersecçãode 4termosmáximos ) XOR(ouexclusivo) Lógica e Sistemas Digitais 61

Operador XOR Símbolo,TabeladeVerdadeeMapadeKarnaugh A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 B A Definição: A função é verdadeira quando existe um número ímpar de

26 Operador XOR Símbolo,TabeladeVerdadeeMapadeKarnaugh A B L B A Definição: A função é verdadeira quando existe um número ímpar de entradas com o valor lógico 1. A função vale 0 quando todas as entradas têmovalorlógicozero,poiszeroépordefiniçãoumnúmeropar. Lógica e Sistemas Digitais 62

27 Operador XOR Propriedades =... Se 0 Lógica e Sistemas Digitais 63

28 Operador XOR Propriedades Forma AND-OR Forma OR-AND Lógica e Sistemas Digitais 64

29 Operador XOR Alguns exemplos Lógica e Sistemas Digitais 65

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