9. Portas lógicas. 9. Portas lógicas. Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Felgueiras - Politécnico do Porto

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Maria de Begonha Cunha da Costa
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1 Sumário: Projecto de um circuito digital Portas lógicas universais Famílias lógicas LEI FÍSICA 1 Projecto de um circuito digital: 1. Traduzir o problema numa tabela de verdade 2. Obter da tabela, a função numa das formas canónicas 3. Simplificar pelo método mais adequado (Mapas de Karnaugh; Teoremas; Propriedades; etc.) 4. Construir o circuito com os dispositivos apropriados (Contactos, Interruptores, Díodos, Transístores, Portas lógicas integradas) LEI FÍSICA 2 1

2 Funções lógicas elementares: IGUALDADE PRODUTO ou E (AND) NEGAÇÃO ou NÃO (NOT) NÃO E (NAND) UNIÃO ou OU (OR) OU EXCLUSIVO (EXCLUSIVE OR) NÃO OU (NOR) NÃO OU EXCLUSIVO (EXCLUSIVE NOR) LEI FÍSICA 3 Funções lógicas universais NOR e NAND: Em geral é mais simples construir as funções NAND e NOR. Por isso, estas funções são consideradas funções universais. Assim sendo é conveniente, a fim de usarmos o menor número de blocos, transformar a função depois de simplificada, de maneira a usarmos portas de um só tipo. Função NAND NOR NOT A F F = A F = A F = A LEI FÍSICA 4 2

3 Funções lógicas universais NOR e NAND: Função NAND NOR AND F = A F = A = A F = A+ = A LEI FÍSICA 5 Funções lógicas universais NOR e NAND: Função NAND NOR OR F = A+ F = A = A+ F = A+ = A+ LEI FÍSICA 6 3

4 Constituição dos circuitos integrados que contêm portas lógicas: Cada circuito integrado é constituído, geralmente, por várias portas de um mesmo tipo. Alimentação D A SN 7402 C Terra LEI FÍSICA 7 Constituição dos circuitos integrados que contêm portas lógicas: Os componentes principais que constituem as portas lógicas são os transístores bipolares (família lógica TTL) ou os transístores de efeito de campo Fet (família lógica CMOS). Estes transístores comportam-se como interruptores electrónicos que ou estão em condução (1) ou estão ao corte (0). A figura apresenta um exemplo de um circuito eléctrico (porta lógica que implementa a função AND), utilizando a tecnologia TTL. LEI FÍSICA 8 4

5 Famílias lógicas TTL: A família TTL é principalmente reconhecida pelo facto de ter duas séries que começam pelos números 54 para os componentes de uso militar e 74 para os componentes de uso comercial. TTL 74L de aixa Potência TTL 74H de Alta Velocidade TTL 74S Schottky TTL 74LS Schottky de aixa Potência (LS-TTL) TTL 74AS Schottky Avançada (AS-TTL) TTL 74ALS- TTL Schottky Avançada de aixa Potência LEI FÍSICA 9 Famílias lógicas CMOS: Séries CMOS: 4000/14000 (foram as primeiras séries da família CMOS) 74C (compatível, pino a pino e função por função, com os dispositivos TTL) 74HC (CMOS de Alta Velocidade) 74HCT (os dispositivos 74HCT - CMOS de Alta Velocidade - podem ser alimentados directamente por saídas de dispositivos TTL) LEI FÍSICA 10 5

6 Famílias lógicas TTL tensões dos níveis lógicos: Faixas de tensão correspondentes aos níveis lógicos de entrada: entre 2 (v) e 5 (v), nível lógico 1; entre 0 (v) e 0,8 (v), nível lógico 0; entre 0,8 (v) e 2 (v) o componente não reconhece os níveis lógicos 0 e 1, devendo portanto, ser evitada em projectos de circuitos digitais. Faixas de tensão correspondentes aos níveis lógicos de saída: entre 2,4 (v) e 5 (v), nível lógico 1; entre 0,3 (v) e 0,5 (v), nível lógico 0; entre 0 (v) e 0,3 (v) e ainda entre 0,5 (v) e 2,4 (v) o componente não reconhece os níveis lógicos 0 e 1, devendo portanto, ser evitada em projectos de circuitos digitais. LEI FÍSICA 11 Famílias lógicas TTL tensões dos níveis lógicos: Tensões de entrada V ILMIN V ILMAX V IHMIN V IHMAX 0,0 (v) 0,8 (v) 2,0 (v) 5,0 (v) V OHMAX V OHMIN V OLMIN Tensões de saída 0,3 (v) V OL V MAX OL MIN V OLMAX 0,8 (v) V OHMIN VOH MAX 2,4 (v) 5,0 (v) VIL MIN VIL MAX V IH MIN LEI FÍSICA 12 6

7 Famílias lógicas CMOS tensões dos níveis lógicos: Faixa de alimentação que se estende de 3 (v) a 15 (v) ou 18 (v), dependendo do modelo. A família CMOS possui também, uma determinada faixa de tensão para representar os níveis lógicos de entrada e de saída, porém estes valores dependem da tensão de alimentação e da temperatura ambiente. LEI FÍSICA 13 Famílias lógicas TTL versus CMOS: A tecnologia CMOS oferece vantagens quanto á tensão de alimentação, temperatura de funcionamento, imunidade ao ruído, potência dissipada,... A tecnologia TTL com é mais antiga, encontra-se mais desenvolvida, apresentando um maior número de circuitos. LEI FÍSICA 14 7

Famílias lógicas Data sheets: Identificação do CI: SN54HTCT00 / SN74HCT00 4 portas lógicas NAND de duas entradas Identificação dos vários pinos do CI: VCC; GND; entradas e saídas das várias portas

8 Famílias lógicas Data sheets: Identificação do CI: SN54HTCT00 / SN74HCT00 4 portas lógicas NAND de duas entradas Identificação dos vários pinos do CI: VCC; GND; entradas e saídas das várias portas lógicas Operação lógica efectuada pelo CI: Efectua a operação ooleana: Y = A Tabela de verdade CI: Lógica positiva: H 1 e L 0 Lógica negativa: H 0 e L 1 Diagrama lógico do CI LEI FÍSICA 15 Famílias lógicas Data sheets: Operações de funcionamento recomendadas do CI: VCC, V IH, V IL, V OH e V OL LEI FÍSICA 16 8

9 Famílias lógicas Data sheets: Tempo de resposta do CI: Tempos de atraso,... LEI FÍSICA 17 9

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