TENÇÃO: O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila de MÓDULO 4 que por sua vez, faz parte do CURO de ELETROELETRÔNIC NLÓGIC -DIGITL que vai do MÓDULO ao 4. partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar. Você poderá adquirir o arquivo digital da apostila completa (6 aulas), ou ainda na forma impressa que será enviada por por correio. Entre na nova loja virtual CT Eletrônica e veja como: www.lojacta.com.br lém de ter a apostila e estuda-la, torne-se aluno e assim poderá tirar dúvidas de cada uma das questões dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila, receber as respostas por e-mail, fazer parte do ranking de módulos e após a conclusão do módulo com prova final, participar do ranking geral e poder ser chamado por empresas do ramo de eletroeletrônica. aiba mais como se tornar um aluno acessando nossa página de cursos: www.ctaeletronica.com.br/web/curso.asp
POTIL MÓDULO - 4 UL ELETRÔNIC DIGITL - 2 O sistema binário em eletrônica digital s portas lógicas ND - OR - INVERTER s portas lógicas XOR - NND - NOR - XNOR Flip-Flops com portas lógicas e o CLOCK Registradores - registrador paralelo ITEM INÁRIO UTILIZDO EM ELETRÔNIC DIGITL Quando o sistema binário foi desenvolvido e criou- ão geralmente usadas em circuitos eletrônicos, se uma álgebra específica para esse novo sistema por causa das situações que os sinais deste tipo de (álgebra booleana), criou-se também as operações circuito podem apresentar: presença de sinal, ou lógicas adaptadas para o formato. ""; e ausência de sinal, ou "". s situações Na matemática temos várias operações lógicas, "Verdadeira" e "Falsa" são estudadas na Lógica mas nós não estamos interessados na álgebra Matemática ou Lógica de oole; origem do nome booleana e nem nos seu inúmeros teoremas, destas portas. O comportamento das portas lógicas queremos aplicar a álgebra booleana diretamente é conhecido pela tabela verdade que apresenta os na eletrônica digital, portanto vamos logo para a estados lógicos das entradas e das saídas. parte prática desta álgebra plicando-se o sistema binário na eletrônica, foi História: Em 854, o matemático britânico George criado a eletrônica digital; ela se baseia num oole (85-864), através da obra intitulada n sistema que pode possuir apenas dois níveis de Investigation of the Laws of Thought (Uma saída (sinal), estes níveis na eletrônica serão Investigação obre as Leis do Pensamento), representados por dois níveis de tensão apresentou um sistema matemático de análise previamente estabelecidos. Criou-se assim a lógica conhecido como álgebra de oole. eletrônica digital, cujos sinais só poderiam ter dois No início da era da eletrônica, todos os problemas níveis (alto ou baixo) que ficou padronizado como H eram resolvidos por sistemas analógicos, isto é, e L (High e Low) representando o e o binário. sistemas lineares. Na figura, temos um exemplo de um sinal digital, penas em 938, o engenheiro americano Claude que tem como nível alto (H) 5 volts, representando Elwood hannon utilizou as teorias da álgebra de o binário; e seu nível baixo (L), que representa o oole para a solução de problemas de circuitos de binário será de volt. telefonia com relés, tendo publicado um trabalho denominado ymbolic nalysis of Relay and witching, praticamente introduzindo na área inal Digital: Níveis H ( ) tecnológica o campo da eletrônica digital. Esse ramo da eletrônica emprega em seus 5V sistemas um pequeno grupo de circuitos básicos padronizados conhecidos como Portas Lógicas. V PORT ND ( E ) figura Níveis L ( ) operação lógica E, que é conhecida por ND, tem sua base na ação lógica simultânea condicional; a eletrônica digital tem seu fundamento no sistema sua saída estará em nível alto (lógica positiva) binário, portanto seus circuitos são baseados em apenas quando as duas entradas também operações lógicas binárias; surgiu assim as portas estiverem em nível alto ao mesmo tempo. lógicas digitais, que irão realizar operações lógicas Comparando com nossa realidade, podemos através de circuitos eletrônicos. exemplificar dizendo que o trabalho só estará correto (nível H) se os dois alunos, ndré e Pedro, PORT LÓGIC fizerem o trabalho; ou seja isto estará certo só se ndré E Pedro estiverem certos; caso um deles Portas lógicas ou circuitos lógicos, são dispositivos erre, a resposta estará errada. mesma lógica se que operam um ou mais sinais lógicos de entrada aplica a assinatura dos cheques, quando consta a para produzir uma e somente uma saída, letra e em contas conjuntas, indicando que para o dependente da função implementada no circuito. ELETRÔNIC FONTE - MPLIF. DE POTÊNCI - VLVUL - OPERCIONI - ELETRÔNIC DIGITL 37
POTIL MÓDULO - 4 cheque valer um cliente E o outro cliente deverão assinar o cheque, fazendo constar obrigatoriamente as duas assinaturas. Na figura 2a, temos o desenho da simbologia da porta lógica ND, com duas entradas ( e ) e sua saída (); ao lado, na figura 2b, temos sua tabela verdade, onde estará especificado a saída binária para todas as possibilidades de entrada. figura 2a E ND figura 2b TEL VERDDE Pela tabela confirmamos a função lógica E, que levará a saída para nível H () apenas quando as duas entradas também estiverem em nível H () e nos demais casos a saída permanecerá em nível L (). Na verdade, a simbologia utilizada para representar as portas, possuem atualmente duas vertentes, sendo a mais usada a NI - merican National tandards Institute (Instituto de Padronização Nacional mericana). Mas também encontraremos em algumas representações a IEC International Electrotechnical Commission (Comissão Eletrotécnica Internacional), como mostra a figura 3, que compara as duas. sistema NI figura 3 Na figura 4, temos um diagrama elétrico ilustrativo mostrando uma possibilidade de implementarmos a porta lógica ND a partir de 3 transistores. Enquanto a entrada ou a entrada, estiverem com volt (nível L) um dos transistores T ou T2, permanecerá cortado, mantendo T3 saturado (via R3), mantendo a saída +5V +5V com volt (nível L); q u a n d o e figura 4 estiverem com 5 volts, R3 R4 ao mesmo tempo, T e T2 saturarão e farão T3 cortar, levando a saída para 5 volts T3 (nível H). R T2 inda na figura 5, podemos ver uma f o r m a d e T implementação da função E à partir de figura 7 sistema IEC out diodos. e imaginarmos que um dos diodos está colocada no potencial negativo, a tensão resultante em seu anodo será nível baixo, ou,6v, não importando se os demais recebem +5V no catodo. omente quando t o d o s e s t i v e r e m recebendo nível alto nos catodos, é que as tensões dos anodos destes subirão para nível figura 5 alto. Podemos ver na figura 5, a diagramação interna do integrado CMO 482, e seu aspecto real ao lado. Esta é uma forma muito comum de apresentar as portas lógicas mais básicas, dentro de um circuito integrado, tendo três ou mais portas, que podem ser utilizadas de forma independente. PORT OR () figura 6 operação lógica, mais conhecida por OR (do inglês), tem sua base na ação lógica individual e acumulativa (soma). lógica desta porta é inversa da porta E ou seja basta uma das entradas ir para nível alto (), que a saída () já irá para nível alto (). Neste caso, a saída só terá nível baixo () se as duas entradas ( e ) estiverem em nível baixo (). Usando a mesma comparação do talão de cheques, podemos dizer que nas contas conjuntas que constar a palavra ou basta um cliente o outro cliente assinar o cheque para este valer, não sendo necessário constar as assinaturas de ambos no cheque. Na figura 7a temos o desenho da simbologia da figura 7a OR figura 7b TEL VERDDE 38 FONTE - MPLIF. DE POTÊNCI - VLVUL - OPERCIONI - ELETRÔNIC DIGITL ELETRÔNIC
POTIL MÓDULO - 4 porta lógica OR, com duas entradas ( e ) e sua Na figura, podemos ver uma implementação de saída (); ao lado, na figura 7b, temos sua tabela porta com diodos, onde vemos que qualquer um verdade, onde estará especificado a saída binária deles que receber nível alto no anodo, produzirá para todas as possibilidades de entrada. queda de tensão sobre o resistor de k e com isso Pela tabela confirmamos a função lógica, que elevará a tensão (nível alto). levará a saída para nível L () apenas quando as Na figura, podemos ver o aspecto real do duas entradas também estiverem em nível L () e integrado CMO CD47 ou HEF47 e ao lado a nos demais casos a saída permanecerá em nível H diagramação interna do mesmo. Veja que este (). possui internamente, 4 portas independentes. Na figura 8, podemos ver a representação simbólica das portas E, no sistema NI e IEC. figura Novamente frisamos que o rasil tem tido mais contado com a representação NI. figura 8 sistema NI sistema IEC out Na figura 9, temos um diagrama elétrico ilustrativo mostrando uma possibilidade de implementarmos a porta lógica OR a partir de 3 transistores. O transistor T3 permanecerá cortado enquanto qualquer dos dois transistores T ou T2 permanecer saturado, mantendo assim a saída com 5 volts (); para que T e T2 cortem ao mesmo tempo só se as duas entradas tiverem com volt (), levando a saída também para volt (). figura 9 +5V +5V R3 R4 T PORT INVEROR (NOT) função lógica INVEROR ou NOT, é muito simples e não requer muitas explicações, podemos dizer que ela apenas inverte o nível de entrada. e a entrada estiver em nível baixo () a saída irá para nível alto () e o oposto para a entrada com nível alto (), que levará a saída para nível baixo (), como mostra a tabela da figura 2b. Nesta figura também temos o desenho da simbologia (figura 2a) da porta inversora, que é muito parecida com o amplificador UFFER, diferenciando apenas pela bolinha na saída. R T T2 T3 figura 2a INVEROR NOT figura 2b TEL VERDDE Temos na figura 3, a comparação das simbologias utilizadas pelo sistema NI e pelo IEC. figura 3 sistema NI sistema IEC out figura Esta porta pode ser implementada apenas com transistor, como mostra a figura 8. Nela podemos ver que se a entrada for para 5 volts o transistor saturará e levará a saída para volts; caso a entrada tenha volt o transistor corta e a saída vai para 5 volts. ELETRÔNIC FONTE - MPLIF. DE POTÊNCI - VLVUL - OPERCIONI - ELETRÔNIC DIGITL 39
POTIL MÓDULO - 4 figura 4 +5V figura 5 R T lém de portas lógicas, resultando no binário que em decimal será no caso a inversora, 9 (figura 9b). Foram construídos transistores de comando, ou simplesmente inversores, chamados de DTC (Digital Transistor NPN) ou DT (Digital Transistor PNP), que podem ser ligados diretamente à dois integrados de entrada e saída, pois possuem internamente resistores, que em série com a base, limitam a corrente por esta junção e tendo também outro resistor entre emissor e base, evitam que interferências possam levar a polarizações indevidas. figura 5, mostra o figura 6 figura 7 Para podermos efetuar esta soma através de formato destes transistores circuitos (ou portas) digitais deveremos efetuar esta na forma convencional. soma dígito a dígito, como é feito nos números Na figura 6, vemos um decimais, portanto somando os 2 últimos dígitos transistor digital no invólucro teremos + = ; o próximo dígito será + MD (dispositivo montado = os segundos dígitos somarão + = e em superfície) ou mais os primeiros fazem + = e vai um para um e s p e c i f i c a m e n t e M T dígito extra precedente, como pode ser confirmado (urface Mounted Transistor pela figura 9a. - transistor montado em Podemos então criar uma tabela de soma para 2 superfície). entradas binárias, onde a coluna se refere a Na figura 7, podemos ver os soma real de +. transistores digitais dentro Comparando esta tabela da soma (figura 2a) com de um integrado de apenas 6 a tabela da nossa porta lógica (figura 2b), terminais. podemos ver que são quase iguais, diferenciando Na figura 8, podemos ver o apenas na última linha ( + = ). integrado CD49 na versão MD, e ao lado dele o diagrama das conexões internas. figura 8 figura 9a + + figura 2a PORT EXCLUIVO (XOR) figura 9b figura 2b Estas portas lógicas, como o nome diz, executam Para poder executar corretamente a soma, foi operações lógicas, mas será que elas conseguem criada a porta EXCLUIVO, que é uma porta efetuar uma operação aritmética dos números exclusiva para a soma, esta porta é mais binários. Vamos verificar por exemplo a operação conhecida por XOR (Exclusive Or). de soma de 2 números binários. Na figura 2a, temos o desenho da simbologia da Vamos somar o número com o número porta lógica XOR, com duas entradas ( e ) e sua, em binário teremos: saída (); ao lado, na figura 2b, temos sua tabela Na figura 9a figura temos 7a soma binária dos números 4 FONTE - MPLIF. DE POTÊNCI - VLVUL - OPERCIONI - ELETRÔNIC DIGITL ELETRÔNIC vai INÁRIO TEL D OM + DECIML 9 9 OR TEL VERDDE
POTIL MÓDULO - 4 verdade, onde estará especificado a saída binária para todas as possibilidades de entrada. EXCLUIVO XOR Pela tabela confirmamos a função lógica EXCLUIVO, que terá na saída sempre a soma de +, e na última linha a soma de + está correta levando a saída a. Para realmente obtermos a soma de +, deveríamos criar um segundo circuito com portas lógicas para implementar o vai um. Na figura 22, temos o comparativo entre a diagramação da porta XOR na versão NI e IEC. figura 22 Na figura 23, temos um diagrama elétrico ilustrativo mostrando uma possibilidade de implementarmos a porta lógica XOR a partir de 2 transistores, 2 zener s e dois resistores de mesmo valor colocados estrategicamente na entrada do circuito. Podemos verificar no diagrama que a tensão da entrada será somada com a entrada ; caso as tensões sejam diferentes a soma das tensões não polarizará os zener s mantendo T cortado e T2 também cortado, gerando uma saída com 5 volts. Caso as duas entradas estejam com nível alto ZD2 será polarizado saturando T2 levando a saída a volt; o mesmo acontecerá com a saída se e receberem volt polarizando T que por sua vez polarizará T2 levando-o a saturação. figura 2a sistema NI figura 23 R Y ZD 3,5V ZD2 3,5V TEL VERDDE +5V +5V +5V R3 R4 R5 T figura 2b R6 T2 sistema IEC figura 24 Temos na figura 24, o integrado CD47, que possui internamente 4 portas XOR totalmente independentes, permitindo a implementação de vários projetos básicos. Wikipedia: função primária de um dos, etc, é enfatizar a indiferença de duas ou mais coisas ou cursos. Mas a função secundária é enfatizar a exclusividade mútua = um dos dois, mas não ambos. eguindo esta intuição de senso comum sobre "ou", as vezes é discutido que em muitas linguagens naturais, inclusive inglês, a palavra "ou" tem um sentido "exclusivo". disjunção exclusiva de um par de proposições (p, q), deve significar que p é verdadeiro ou que q é verdadeiro, mas não ambos. Por exemplo, discute-se que a intenção normal de uma declaração como "Você pode tomar café ou chá" é para estipular que exatamente uma das condições pode ser verdadeira. Certamente em muitas circunstâncias, uma sentença como a desse exemplo deveria ser entendida como a proibição da possibilidade de alguém aceitar as duas opiniões. Mesmo assim, existe uma boa razão para supor que esse tipo de sentença não é disjuntiva. e nós sabemos tudo sobre uma disjunção e ela é verdadeira, não podemos ter certeza de qual das proposições são verdadeiras. Por exemplo, se uma mulher soube que o amigo dela está ou na lanchonete ou na quadra de tênis, ela não pode validamente inferir que ele está na quadra de tênis. Mas se o garçom dela lhe diz que ela pode pedir café ou chá, ela pode validamente inferir que ela pode tomar chá. Nada classificadamente pensado como de uma disjunção tem essa propriedade. É tão óbvio que ela pode razoavelmente entender como se o garçom dela tivesse lhe negado a possibilidade de tomar ambos café e chá. Há ainda duas boas razões gerais para supor que palavra nenhuma em qualquer linguagem natural poderia adequadamente ser representada pelo exclusivo binário "ou" da lógica formal. Primeiro, o "ou" exclusivo é verdadeiro se e somente se, este tenha um número ímpar de entradas verdadeiras. Mas parece que ainda que nenhuma palavra em alguma linguagem natural que possa juntar-se a uma lista de duas ou mais opções tem essa propriedade geral. egundo, como apontado pela arrett e tenner em um artigo de 97 "O Mito do ELETRÔNIC FONTE - MPLIF. DE POTÊNCI - VLVUL - OPERCIONI - ELETRÔNIC DIGITL 4
POTIL MÓDULO - 4 'Ou' exclusivo", nenhum autor produziu um Podemos ver na figura 27, a diagramação do exemplo de uma sentença na língua inglesa que integrado CD74 (lógica TTL) que ainda é usado, parece ser falsa porque ambas de suas entradas apesar de ter sido em muitas aplicações substituído são verdadeiras. Certamente há muitas sentenças pela linha CMO com a codificação CD4. como " lâmpada está ligada ou desligada", na qual é óbvio que ambas disjunções não podem ser figura 27 verdadeiras. Mas não é óbvio que isso se deve a natureza da palavra "ou" ao invés de fatos particulares sobre o mundo. PORT NND (NÃO E) s portas lógicas poderão ser associadas entre si, criando novas portas lógicas. ssociando uma porta ND com uma porta NOT teremos o circuito da figura 25a, onde após a saída da porta ND teremos uma inversora, gerando uma nova saída, podemos então criar uma nova porta lógica que terá a saída inversa da porta ND, e por isso será chamada de NND ou NÃO E. O ímbolo desta Na figura 28, podemos ver o integrado mencionado, porta NND é mostrado na figura 25b, e equivale às sendo usado como um circuito oscilador, com 2 portas da figura 25a, a bolinha na saída da porta poucas peças utilizadas. indica que ela está sendo invertida, e tem o mesmo figura 28 significado da barra sobre a letra que indica que a sua saída é invertida. Na figura 25c temos a nova tabela verdade desta porta NND, onde estamos indicando também a saída antes de ser invertida. Para implementarmos esta porta, basta acrescentar um transistor inversor na saída da porta ND. Na figura 26, podemos ver a simbologia da porta NND, nas versões NI - merican National tandards Institute (Instituto de Padronização Nacional mericana), e também na versão IEC International Electrotechnical Commission (Comissão Eletrotécnica Internacional). Voltamos a afirmar ao aluno que se familiarize com as duas representações simbólicas. figura 25a figura 25b sistema NI figura 7 figura 26 figura 25c TEL VERDDE sistema IEC PORT NOR (NÃO ou NEM) O NEM é um operador booleano lógico que é resultado da negação do. Então, para NEM que é verdadeiro se, e somente se, ambos forem falsos, daí este conectivo também é conhecido como o conectivo da negação conjunta. No idioma inglês, a palavra correspondente é NOR. O operador NEM também é conhecido como Flecha de Peirce (expresso pelo símbolo ), chamado assim devido ao fato que Charles Peirce demonstrou que qualquer conectivo lógico poderia ser expressado através do NEM. ssim como o N, o NEM também é funcionalmente completo, isto é, é capaz de definir todos os demais operadores lógicos. Esta nova porta será criada a partir da associação figura 29a figura 29b figura 29c TEL VERDDE 42 FONTE - MPLIF. DE POTÊNCI - VLVUL - OPERCIONI - ELETRÔNIC DIGITL ELETRÔNIC