#1 A matriz de contatos ou protoboard.

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1 #1 A matriz de contatos ou protoboard. Para que circuitos com CIs (circuitos integrados) possam ser montados e utilizados para comprovação dos conceitos teóricos e verificação da solução de um determinado problema, é necessário utilizar algum tipo de base que acomode as peças que formarão o circuito bem como prover o necessário contato elétrico entre os diversos terminais, formando assim os circuitos elétricos. Para isso, normalmente utilizamos a matriz de contatos que é uma base plástica composta por diversos contatos elétricos dispostos de forma a facilitar a montagem de circuitos e permitir a reutilização dos componentes utilizados durante a montagem. A figura ao lado, mostra a matriz de contatos que utilizaremos nas atividades de laboratório. Nas figuras abaixo, pode-se ver a distribuição dos contatos em relação aos terminais visíveis na parte interior da matriz de contatos e os terminais Para interligar os diversos contatos, são utilizados fios rígidos de bitola compatível com os terminais da matriz (entre 1 e 1,5 mm 2 de diâmetro) decapados nas extremidades em no máximo 7mm que é a distância entre a face da matriz e o final do contato elétrico.

2 CIs (circuitos integrados) são componentes eletrônicos que internamente possuem circuitos que executam a função lógica definida para ele. Estes circuitos são formados por diversos componentes como resistores, diodos, transistores que através de um adequado processo, são produzidos e interligados em uma minúscula pastilha de silício e encapsulados em um formato que conhecemos como Circuito Integrado ou simplesmente CI. O encapsulamento é denominado DIP ou DIL (Dual In Line Package), um encapsulamento do tipo PTH (Pin Through Hole terminal inserido no furo) pois, quando utilizados em montagens definitivas, são fixados em placas de circuito impresso e é necessário fazer furos para que os terminais do CI atravessem a placa. A figura ao lado, mostra a disposição dos terminais de um CI de 14 pinos que é o que normalmente vamos utilizar nas atividades seguintes. Perceba que o pino 1 estará sempre em baixo à esquerda, do mesmo lado do chanfro ou logo abaixo de uma pequena marca circular. O chanfro e a marca circular servem para posicionar o CI adequadamente. A contagem dos terminais obedece ao sentido anti-horário, ou seja, da esquerda para a direita e de baixo para cima. Embora o encapsulamento possa ser o mesmo, o interior do CI pode conter circuitos diferentes e, portanto, embora parecidos, podem fazer coisas diferentes. Existem duas grandes famílias lógicas a TTL (Transistor Transistor Logic ) e a CMOS (complementary metal oxide semiconductor logic) Nestas atividades utilizaremos apenas CIs da família TTL. Para identificarmos se um CI é TTL ou CMOS, devemos observar o código do CI. Os CIs da família TTL normalmente (nem sempre) tem o código numérico iniciado por 74. Já para a família CMOS (nem sempre) tem o código iniciado por 40. IFSP CAMPUS CUBATÃO CBSF

3 Para montar circuito lógicos, além dos circuitos integrados, alguns circuitos auxiliares são necessários para que níveis lógicos possam ser aplicados às entradas dos CIs e para que os níveis lógicos presentes nas saídas dos CIs possam ser adequadamente utilizados para acionar outros dispositivos. Vamos ver alguns destes circuitos. 1 Botão de ação momentânea push button. Botões ou chaves são muito úteis em circuitos lógicos pois podem indicar se uma porta está aberta ou fechada, se uma gaveta está fechada ou até para inserir um determinado número nos casos do teclado. O esquema ao lado mostra como interligar botão e um resistor, em uma estrutura chamada de pull up. A entrada da porta lógica ou do CI que esteja sendo utilizado, é conectada no ponto entre o resistor e o botão. Com o botão sem ser pressionado, o nível lógico presente no ponto indicado é 1. Quando pressionar o botão, no ponto de leitura estará presente o nível lógico 0. 2 Sonda lógica ou indicador de estados lógicos. Uma das maneiras de saber o estado lógico da saída de uma porta lógica ou de um CI específico é através do uso de LEDs. O fato de acender permite relacionar o aceso com o estado lógico 1 e o apagado com o estado lógico 0. A figura ao lado, mostra como ligar LEDs para que possamos conhecer o estado lógico de um determinado ponto de um circuito. O ponto indicado como saída será conectado no ponto em que se quer conhecer o estado lógico. Caso este seja 1, o LED que está conectado ao resistor R2 acenderá. Já se o estado lógico for 0, o LED ligado ao resistor R1 é que acenderá. Caso não exista no ponto de teste, estado lógico 1 ou 0, os dois LEDS permanecerão acesos. A figura abaixo mostra os dois circuitos montados na matriz de contatos. IFSP CAMPUS CUBATÃO CBSF

4 3 Ligando uma porta lógica. Agora é possível colocar um Circuito Integrado na matriz e ligar os diversos terminais, formando um circuito. O primeiro circuito que será utilizado para teste é o que está presente no CI 74LS00 que contém 4 portas lógica NAND de dois terminais. O esquema abaixo, mostra as interligações necessárias. O pino 1 do CI foi ligado à um dos botões e o pino 2, ao outro. Estes pinos correspondem às entradas da porta lógica. O pino 3 que é a saída da porta, será ligada à sonda lógica. negativo ao pino 7 (GND). Normalmente, os pinos de alimentação do CI não são mostrados nos esquemas com portas lógicas e por isso, à direta está a figura de uma fonte de alimentação cujo polo positivo está conectado ao pino 14 (VCC) e o Atenção! Para os CIs da família TTL, a tensão da fonte de alimentação que alimenta o CI e o restante do circuito não pode ser maior do que 5Vcc e deve-se evitar a inversão da polaridade da tensão da fonte de alimentação pois, caso isso aconteça, o CI será permanentemente danificado. A figura abaixo, mostra a montagem do circuito mostrado no esquema acima. Após montar o circuito, será possível trocar os estados lógicos impostos nas entradas da porta lógica e perceber a troca de estados na saída da porta de acordo com a função lógica exercida. IFSP CAMPUS CUBATÃO CBSF

5 5 Ligando um potenciômetro à entrada do circuito. Além de botões, outros dispositivos eletrônicos podem ser conectados às entradas da porta lógica outros tipos de componentes que permitam variar a tensão presente entre os seus terminais a partir da variação de alguma variação de uma grandeza física. A cada terminal de uma porta lógica, percebe valores de tensão. Assim, na entrada existirá nível alto se a tensão aplicada à entrada for maior do que 2V. Se a tensão aplicada for menor do que 0,8V então a entrada entenderá que está sendo aplicado nível lógico 0. Entre estes valores (0,8 e 2,0 volts, existe uma região indeterminada na qual a porta não consegue interpretar o estado lógico presente. Algo semelhante acontece na saída, para estabelecer o nível lógico alto e o nível lógico baixo. A figura abaixo, mostra isso. Para verificar essa característica, vamos ligar à uma das entradas da porta lógica, um potenciômetro provocando assim a variação do estado lógico na entrada e na saída da porta. O circuito abaixo, mostra quais devem ser as modificações no circuito. Desligue o pino 1 do CI do botão b1 e ligue no cursor do potenciômetro. Conecte as extremidades do potenciômetro ao positivo e ao negativo da fonte de alimentação. Após isso, alimente o circuito e varie o cursor do potenciômetro e observe os estados dos LEDs na saída do circuito. IFSP CAMPUS CUBATÃO CBSF

6 6 Ligando um LDR à entrada da porta lógica. O LDR (Lighting Dependent Resistor) resistor dependente da luz também conhecido como fotoresistor ou fotocélula são especialmente utilizados como sensores de claro ou escuro pois tem a interessante propriedade de ter a resistência entre os seus terminais alterada em função da quantidade de luz que chega até ele. A resistência entre os terminais do LDR diminua a medida em que recebe energia luminosa. Normalmente, a resistência entre os terminais do LDR é muito grande, podendo chegar a 1MΩ. Já quando incidir luz sobre o componente, a resistência do LDR pode chegar a poucas dezenas de ohms. A figura acima mostra a aparência física de um LDR. A superfície que recebe à luz que tem em sua composição sulfeto de cádmio ou sulfeto de chumbo, ambos materiais semicondutores que tem a sua condutividade aumentada com a incidência da luz. Por permitir relacionar uma certa quantidade de energia luminosa com a condutividade, o LDR é um transdutor, um dispositivo que é capaz de transformar uma forma de energia em outra. As figuras abaixo, mostram duas das maneiras de utilizar um LDR. O LDR e o resistor formam um circuito série, conhecido como divisor de tensão, cuja queda de tensão tanto na resistência como no LDR será proporcional à resistência de cada um dos dispositivos. Nos dois circuitos existe uma saída que mostra o ponto do circuito em que a tensão em relação ao referencial de terra será medida. Este ponto, que está representado pela seta, será conectado ao circuito lógico que virá a seguir. referencial de terra. No circuito à esquerda, a incidência de luz no LDR fará com que a sua resistência diminua. Desta forma, a queda de tensão no LDR diminuirá, tendendo à zero volts. Por esta maneira de funcionar podemos dizer que o circuito é um sensor de sombra, ou seja, quanto menor for a incidência de luz sobre o LDR, maior será a tensão na saída do circuito em relação ao Já no circuito à direita, a incidência de luz no LDR fará com que a sua resistência diminua e assim, a queda de tensão no resistor R2 aumentará. Por causa deste modo de funcionar, este circuito é chamado de sensor de luz, pois a sua incidência provoca um aumento na tensão na saída em relação ao referencial de terra. Para verificar o funcionamento do LDR como transdutor, convertendo a quantidade de luz em uma tensão elétrica, substitua o potenciômetro pelo circuito formado pelo LDR como sensor de luz. Após montá-lo, varie a intensidade de luz que chega ao LDR, fazendo sombra ou fazendo incidir diretamente sobre o LDR uma fonte de luz externa. IFSP CAMPUS CUBATÃO CBSF