Circuito combinacional

Transcrição

1 Circuito combinacional É todo circuito cuja saída depende única e exclusivamente das várias combinações das variáveis de entrada. Estudando os circuitos combinacionais podemos entender o funcionamento de circuitos somadores, subtratores, codificadores, decodificadores, circuitos que executam prioridades, dentre outros circuitos utilizados na construção de computadores ou sistemas digitais. Usa-se um circuito combinacional para solucionar um problema para o qual uma determinada saída é esperada em função das variáveis de entrada. Para construir um circuito é necessário conhecer sua expressão. Uma forma de obter a expressão de um circuito consiste em construir a tabela verdade para cada situação do problema.

2 Exemplo: Deseja-se construir um semáforo automático que gerencie o cruzamento de duas ruas, obedecendo os seguintes critérios: - Quando houver carros transitando somente na rua A, o semáforo 1 deverá permanecer verde para os carros trafegarem livremente; - Quando houver carros transitando somente na rua B, o semáforo 2 deverá permanecer verde para os carros trafegarem livremente; - Quando houver carros transitando em ambas as ruas, o semáforo da rua A deve ficar verde, pois é a rua preferencial.

3 O circuito lógico deve atender as seguintes regras: Condição de existência de veículo na rua A, definir: A = 1 Condição de existência de veículo na rua B, definir: B = 1 Sinal verde na rua A, definir: G1 = 1 Sinal vermelho na rua A, definir: R1 = 1 Sinal verde na rua B, definir: G2 = 1 Sinal vermelho na rua B, definir: R2 = 1 Tabela verdade:

4 Analisando a condição em que não há veículo em nenhuma da ruas, o valor do sinal é irrelevante. Supondo que o sinal esteja verde para a rua B. Definindo os circuitos:

5 Decodificadores para display de 7 segmentos Um display de 7 segmentos é um dispositivo que mostra ao usuário de um sistema digital um algarismo de 0 a 9. Os algarismos decimais possíveis de serem formados mediante o acionamento combinado dos segmentos: a,b,c,d,e,f,g Nesse circuito, ABCD são as quatro entradas binárias e a,b,c,d,e,f,g são as saídas para os sete segmentos do display.

6 Tabela verdade para as os algarismos decimais resultantes do acionamento combinado dos segmentos: a, b, c, d, e, f, g.

7 Utilizando o mapa de Veitch Karnaugh para montar os circuitos com várias entradas e uma saída. Neste caso são sete, mas, desde que são eletricamente independentes, considera-se que cada saída é um circuito e pode ser elaborado um diagrama para cada. Mapa para a letra a monte o circuito definido pelo mapa para o segmento a Faça o mapa de Karnaugh para todos os outros segmentos (b,c,d,e,f,g) e o circuito correspondente.

8 Um decodificador é um circuito digital combinacional formado por portas lógicas que, converte um código binário de entrada de N bits de entrada em M linha de saída (em que N pode ser qualquer inteiro e M é um inteiro menor ou igual a 2 N ), de modo que cada linha de saída será ativada por uma única combinação das possíveis de entrada.

9 Multiplexadores e Demultiplexadores Noções de Multiplexadores Noções de Demultiplexadores Funcionamento Exemplos

10 Imagine de um lado um número de fontes geradores de informações em forma de sinais (digitais ou analógicos) e de outro um número de receptores dessas informações. Exemplo: a) seleção de canais em um televisor através de um controle remoto, onde existe diversos canais para selecionar e apenas um pode ser selecionado, ou seja, tem-se diversas entradas e só se pode obter uma saída. b) Central telefônica que dispõe de uma linha para atender vários ramais. Suponha que se queira transmitir uma informação de qualquer fonte para qualquer receptor. Como fazer?

11 Devido ao uso constante e a complexidade das equações booleanas, alguns fabricantes de componentes eletrônicos desenvolveram circuitos comerciais, conhecidos como circuitos combinacionais dedicados. Estes circuitos desenvolvem funções específicas, como multiplexação, demultiplexação, decodificação, somadores, subtratores, codificação e comparação. Multiplexadores e Demultiplexadores (seletor/distribuidor de dados)

12 Os Multiplexadores caracterizam-se por possuir várias entradas, uma das quais através de um processo de endereçamento adequado é encaminhada para a saída. Os Demultiplexadores funcionam de forma inversa, ou seja, uma entrada pode ser encaminhada para uma das diversas saídas, também através de um endereçamento adequado. Pode-se implementar esses circuitos com portas lógicas, tendo em vista que através da chave se habilita ou não uma porta.

13 O multiplexador ou MUX é um circuito combinacional dedicado, que tem a finalidade de selecionar, através das variáveis de seleção, uma de suas entradas, conectando-a eletronicamente à sua única saída. Como se trata de um circuito digital, o número de entradas está logicamente relacionado com o número de variáveis de seleção.

14 Multiplexador com duas linhas de entrada O número de linhas de entrada que podem ser selecionadas é 2 n, onde n é o número de entradas de seleção disponíveis. No multiplexador mostrado acima, como temos somente duas entradas, é necessária somente uma entrada de seleção A. Neste multiplexador, temos a entrada de seleção A e duas entradas de dados E 0 e E 1, multiplexadas para a saída S, de acordo com o valor de A.

15 Para A = 0, queremos transferir o conteúdo da entrada E0 para a saída, e para A = 1, queremos transferir o conteúdo da entrada E1 para a saída. A tabela verdade para o multiplexador é:

16 Geração de produtos canônicos Produto canônico é a combinação (produto) de variáveis em uma entrada, gerando o produto das mesmas na saída. Por exemplo, se tivermos duas entradas (A e B) teremos como produto 4 possibilidades (2 n = 2 2 = 4, onde n é a quantidade de variáveis). As entradas representam as colunas e as saídas as linhas. O produto das variáveis A e B gera as saídas S0, S1, S2 e S3. Observa-se que foram utilizadas portas lógicas AND de 2 entradas.

17 Para gerar produtos com n variáveis, necessitaremos de 2 n portas AND com n entradas cada uma. Para gerar um produto canônico com 3 variáveis, são usadas 2 3 portas AND (total de 8) com 3 entradas cada uma. Obviamente, para 4 variáveis, necessitaremos de 16 portas AND (2 4 ) com 4 entradas cada. Com isto, o circuito começa a complicar-se.

18 Matriz piramidal ou de simples encadeamento É um processo de geração de produtos canônicos que utiliza somente portas AND com 2 entradas, facilitando sua construção. Exemplo: circuito com 3 variáveis. Observa-se a adição de uma terceira coluna com a variável C no circuito de 2 variáveis gerando assim 8 saídas, de S0 até S7.

19 Matriz de duplo encadeamento É o tipo de matriz mais utilizado em circuitos de multiplex e memórias, as entradas das variáveis podem ser dispostas em linhas, colunas ou de ambas as formas. Utiliza-se portas AND de duas entradas. FUNCIONAMENTO: a ativação das portas 1 e 8 fornece S15 = ABCD a ativação das portas 1 e 7 fornece S14 = ABCD a ativação das portas 1 e 6 fornece S13 = ABC D e assim por diante.

20 NOÇÕES SOBRE MULTIPLEX O multiplex tem por finalidade enviar informações (dados) contidos em várias linhas, para uma só linha. Isto ocorre através de endereçamento adequado.

21 As variáveis de endereço/seleção podem assumir os valores 0 ou 1. Como temos 2 variáveis, obteremos então 4 possibilidades as quais representam os canais de entrada ou informações de dados. Exemplo: a) Quando A = 0 e B = 0, teremos S0 = 1 (S1, S2 e S3 = 0). Isto significa que cada uma das entradas da porta AND estará com nível lógico 1 (logo após os dois inversores) e a saída S0 será 1. Portanto, se E0 = 0, na saída da porta AND 1 teremos 0; se E0 = 1, na saída da porta AND 1 teremos 1. b) Quando A = 0 e B = 1, teremos S1 = 1 (S0, S2 e S3 = 0). Raciocinando da mesma forma que no caso anterior, se E0 = 0 na saída da porta AND 2 teremos 0; se E0 = 1, na saída da porta AND 2 teremos 1.

22 Resumindo: Quando as variáveis de entrada forem A B, teremos E0 na saída da porta OR. Quando as variáveis de entrada forem, A B teremos E1 na saída da porta OR. Quando as variáveis de entrada forem AB, teremos E2 na saída da porta OR. Quando as variáveis de entrada forem AB, teremos E3 na saída da porta OR. Observa-se que as variáveis de seleção (ou endereçamento) são responsáveis pela transferência de uma informação contida na entrada para a saída.

23 Circuito multiplex de 16 canais

24 A tabela com respectivas entradas de endereço e seleção das entradas: ENDEREÇOS ENTRADAS A B C D SELECIONADAS E E E E E E E E E E E E E E E E15 Analisando 3 linhas para efeito de exemplo, temos: para S = E0, devemos ter como endereço: A B C D para S = E8, devemos ter como endereço: AB C D para S = E14, devemos ter como endereço: ABCD

25 A capacidade de um multiplex pode ser ampliada, associando-se vários multiplex, com isso aumenta-se o número de canais disponíveis para informação de dados. Ex. multiplex de 64 canais, construído a partir de 9 multiplex de 8 canais: O endereçamento divide-se em duas partes: A primeira parte do endereço (DEF) comanda os multiplex 1 a 8 e a segunda parte (ABC) comanda o multiplex 9.

26 EXEMPLO I: supondo que a informação E56 deva ser enviada a saída, teremos como endereçamento: DEF = 000 ABC = 111 Desta forma, quando DEF = 000 a informação E56 estará presente em S7 (que é a saída do multiplex 8). Lembrar que E56 equivale à entrada E0 em um multiplex de 8 canais. Assim, a informação presente em S7 é conectada na entrada E7 do multiplex 9 pois seu endereço ABC = 111. EXEMPLO II: supondo que a informação E27 deva ser enviada a saída, teremos como endereçamento: DEF = 011 ABC = 011 A informação E27 está na saída S3, que corresponde ao multiplex 4. Portanto seu endereço deve ser 011. Desta forma, essa informação presente em S3 deverá estar presente também em E3 do multiplex 9, o que significa que seu endereçamento deve ser 011.

27 Noções sobre Demultiplex O demultiplex efetua a função inversa do multiplex, ou seja, transmite informações contidas em uma linha para uma das várias linhas ou canais disponíveis.

28 Noções sobre Demultiplex Para melhor entendermos o conceito de multiplex e demultiplex, faremos uma comparação com uma chave seletora: A informação de dados E0 estará presente na saída S0, através de um processo apenas mecânico, mas que deverá estar sincronizado.

29 Demultiplex básico: Quando A = 0, S0 = E e S1 = 0 Quando A = 1, S0 = 0 e S1 = E Portanto, quando o endereço for 0 a informação estará presente em S0 e quando o endereço for 1, a mesma estará presente em S1.

30 Demultiplex de 4 canais Quando A = 0 e B = 0 S0 = E (S1, S2 e S3 = 0) Quando A = 0 e B = 1 S1 = E (S0, S2 e S3 = 0) Quando A = 1 e B = 0 S2 = E (S0, S1 e S3 = 0) Quando A = 1 e B = 1 S3 = E (S0, S1 e S2 = 0)

31 A tabela da verdade, ilustra essa condição. Observa-se que a entrada E está presente somente na condição adequada de endereçamento. Saídas Endereço S0 S1 S2 S3 A B E A B 0 E 0 0 AB 0 0 E 0 AB E

32 Demultiplex de 8 canais

33 Tabela Demultiplex de 8 Canais ENDEREÇOS CANAIS DE SAÍDA S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 A B C 000 E A B C E A BC E A BC E AB C E AB C E 0 0 ABC E 0 ABC E Para o endereço 011 (A BC ), por exemplo, a saída E estará presente em S3 e assim por diante. O endereçamento de um demultiplex pode ser obtido através de um gerador de produtos canônicos, tais como, matrizes de encadeamento simples ou duplo, matrizes de diodos, etc.

34 Um bloco de Demultiplex endereçado com gerador de produtos canônicos.

35 Da mesma forma que ocorre com os multiplex, os demultiplex podem ter sua capacidade aumentada, coma utilização de vários demultiplex. Demultiplex de 16 canais obtido a partir de 3 blocos de demultiplex de 8 canais. A primeira parte do endereço é A enquanto que BCD compõem a segunda parte do endereço. Quando A = 0 será selecionado o demultiplex 2 Quando A = 1 será selecionado o demultiplex 3

36 EXEMPLO I: supondo endereço A B C D, para qual saída se dirige a informação E? A seleciona o demux 2 B C D seleciona S0 EXEMPLO II: supondo o endereço A BC D, para qual saída se dirige a informação E? A seleciona o demux 2 BC D seleciona S5 EXEMPLO III: supondo o endereço AB C D, para qual saída se dirige a informação E? A seleciona o demux 3 B C D seleciona S9

37 ENDEREÇAMENTO SEQUENCIAL Os multiplexadores e os demultiplexadores podem ter endereçamento sequencial. Utiliza-se geralmente um contador para o endereçamento adicionando um circuito de sincronismo. A informação na saída dependerá exclusivamente do estado (contagem) do contador. Se estiver no estado 1 a informação estará em S1, se estiver no estado 2 a informação estará em S2 e assim por diante.

38 Sistema de transmissão de dados com endereçamento sequencial e sincronização. O sistema possui 8 canais, utilizando como endereçamento contadores de 0 a 7 sincronizados, para que haja exata coincidência no estado de contagem dos dois contadores. transmissão dos dados neste caso é feita em série.

39 A tabela com a transmissão de dados com endereçamento sequencial e sincronização ESTADO DOS CONTADORES S = E C A N A I S D E S A Í D A S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 0 E0 E E1 0 E E2 0 0 E E E E E E E E E6 0 7 E E7 MULTIPLEX D E M U L T I P L E X

40 Questões: a) Qual é a finalidade do endereço em um multiplex? b) Qual é a função do demultiplex? c) Quantas portas AND de 2 entradas serão necessárias para gerar produtos canônicos de 16 variáveis? d) Em um sistema de transmissão de dados, usando multiplex e demultiplex, qual é a importância de utilizar-se um sistema de endereçamento sequencial? Deve haver sincronismo entre o sistema de endereçamento? Justifique.

41 e) Analise o circuito a seguir e responda: Quando A = 0, em qual das saídas estará a informação E?

42 f) Analise o sistema e especifique o endereçamento para que as seguintes informações estejam presentes na saída: E42 E12 E62 E8

43 g) Analise o sistema e especifique para qual saída se dirige a informação na entrada para os endereços abaixo relacionados: A BCD ABC D A B CD AB CD