Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico
Transcript of Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico
Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico
Prof. Ohara Kerusauskas Rayel
Disciplina de Eletrônica Digital - ET75C
Curitiba, PR
26 de março de 2015
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Rayel, O.K. — Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico
Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Códigos
Código: Números, letras ou palavras representados por um grupoespecial de símbolos
Na aula passada vimos vários tipos de código. Quais eram e o querepresentavam?
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Rayel, O.K. — Códigos, Portas Lógicas e Comportamento Elétrico
Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Códigos
Código: Números, letras ou palavras representados por um grupoespecial de símbolos
Na aula passada vimos vários tipos de código. Quais eram e o querepresentavam?
Decimal, Binário, Octal e Hexadecimal! Representam quantidadesnuméricas.
Como nosso foco em digital são os números binários, veremos osprincipais códigos que utilizam apenas 1’s e 0’s
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Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Código Gray
Sistemas digitais operam em altas velocidades, reagindo a variaçõesque ocorrem em suas entradas
Exemplo de situação em que uma representação binária édrasticamente alterada?
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Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Código Gray
Sistemas digitais operam em altas velocidades, reagindo a variaçõesque ocorrem em suas entradas
Exemplo de situação em que uma representação binária édrasticamente alterada?
A própria contagem binária!
Exemplo, contador de 0 a 7. Quando chega em 111 (7), aosomarmos um, o contador vai para 000 (0), ou seja, TODOS os bitsse alteraram ao mesmo tempo!
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Código Gray
Sistemas digitais operam em altas velocidades, reagindo a variaçõesque ocorrem em suas entradas
Exemplo de situação em que uma representação binária édrasticamente alterada?
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Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Código Gray
Sistemas digitais operam em altas velocidades, reagindo a variaçõesque ocorrem em suas entradas
Exemplo de situação em que uma representação binária édrasticamente alterada?
A própria contagem binária!
Exemplo, contador de 0 a 7. Quando chega em 111 (7), aosomarmos um, o contador vai para 000 (0), ou seja, TODOS os bitsse alteraram ao mesmo tempo!
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Código GrayPara minimizar as alterações a cada passo de contagem binária,criou-se o Código Gray
Apenas 1 bit se altera a cada passo de contagem, minimizando aprobabilidade de erro na interpretação
B2 B1 B0 G2 G1 G0
0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 10 1 0 0 1 10 1 1 0 1 01 0 0 1 1 01 0 1 1 1 11 1 0 1 0 11 1 1 1 0 0
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Código Gray
Lógica de codificação
Diferente?Diferente?
B2 B0B1
G2 G1 G0
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Códigos Binários
Código: Letras, números ou palavras representados por umconjunto de bits
Exemplos de códigos?
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Códigos Binários
Código: Letras, números ou palavras representados por umconjunto de bits
Exemplos de códigos?
Código Morse
A própria representação de números decimais através de 0’s e 1’s
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Código BCD
Frequente necessidade de conversão entre binário e decimal nossistemas digitais
Conversões podem ser longas e complicadas para números grandes
Código BCD: combina características dos sistemas decimal e binário
Cada dígito decimal é representado por seu equivalente binário
Quantos são então os bits necessários para representar cada dígito?
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Códigos Portas Lógicas Comportamento Elétrico
Código BCD
Frequente necessidade de conversão entre binário e decimal nossistemas digitais
Conversões podem ser longas e complicadas para números grandes
Código BCD: combina características dos sistemas decimal e binário
Cada dígito decimal é representado por seu equivalente binário
Quantos são então os bits necessários para representar cada dígito?
Resposta: 4, pois o maior dígito a ser representado é o 9, que embinário é 1001.
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Exercício
Sabendo que cada dígito decimal é representado por seu equivalentebinário, como se escreve o número 1596 em BCD?
Resposta:
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Exercício
Sabendo que cada dígito decimal é representado por seu equivalentebinário, como se escreve o número 1596 em BCD?
Resposta:
1 → 0001
5 → 0101
9 → 1001
6 → 0110
Logo, 159610 = 0001010110010110BCD
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Exercício
Converta agora o número BCD 011111000001
Resposta:
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Exercício
Converta agora o número BCD 011111000001
Resposta:
0111 → 7
1100 → 12 - Não existe!!!
0001 → 1
Logo, 11111000001 não é um número BCD e não pode serconvertido para decimal!
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Vantagens e Desvantagens
Quais a principal vantagem e a principal desvantagem do códigoBCD?
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Vantagens e Desvantagens
Quais a principal vantagem e a principal desvantagem do códigoBCD?
Vantagem: facilidade de conversão para números longos
Desvantagem: ineficiência no uso de bits, já que nem todos as
combinações de bits possíveis são utilizadas, como foi o caso do 12
no último exercício
Exemplo da ineficiência: 13710 → 100010012 → 000100110111
12 bits para representar um número que é representado por 8 bitsem binário
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Códigos Alfanuméricos
Além de dados numéricos, os sistemas precisam manipularinformações não numéricas, como letras e símbolos
Mais utilizado é o ASCII (American Standard for Information
Interchange)
Possui 7 bits para representar cada símbolo, portanto quantas letrase números estão representadas?
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Códigos Alfanuméricos
Além de dados numéricos, os sistemas precisam manipularinformações não numéricas, como letras e símbolos
Mais utilizado é o ASCII (American Standard for Information
Interchange)
Possui 7 bits para representar cada símbolo, portanto quantas letrase números estão representadas?
Resposta: 128. Suficiente para representar os caracteres de umteclado padrão.
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Tabela ASCIIb7
b6
b5
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
BITS
b4 b3 b2 b1
CONTROLSYMBOLS
NUMBERSUPPER CASE LOWER CASE
0 0 0 0
0
NUL0 0
16
DLE10 20
32
SP20 40
48
030 60
64
@40 100
80
P50 120
96
‘60 140
112
p70 160
0 0 0 1
1
SOH1 1
17
DC111 21
33
!21 41
49
131 61
65
A41 101
81
Q51 121
97
a61 141
113
q71 161
0 0 1 0
2
STX2 2
18
DC212 22
34
”22 42
50
232 62
66
B42 102
82
R52 122
98
b62 142
114
r72 162
0 0 1 1
3
ETX3 3
19
DC313 23
35
#23 43
51
333 63
67
C43 103
83
S53 123
99
c63 143
115
s73 163
0 1 0 0
4
EOT4 4
20
DC414 24
36
$24 44
52
434 64
68
D44 104
84
T54 124
100
d64 144
116
t74 164
0 1 0 1
5
ENQ5 5
21
NAK15 25
37
%25 45
53
535 65
69
E45 105
85
U55 125
101
e65 145
117
u75 165
0 1 1 0
6
ACK6 6
22
SYN16 26
38
&26 46
54
636 66
70
F46 106
86
V56 126
102
f66 146
118
v76 166
0 1 1 1
7
BEL7 7
23
ETB17 27
39
’27 47
55
737 67
71
G47 107
87
W57 127
103
g67 147
119
w77 167
1 0 0 0
8
BS8 10
24
CAN18 30
40
(28 50
56
838 70
72
H48 110
88
X58 130
104
h68 150
120
x78 170
1 0 0 1
9
HT9 11
25
EM19 31
41
)29 51
57
939 71
73
I49 111
89
Y59 131
105
i69 151
121
y79 171
1 0 1 0
10
LFA 12
26
SUB1A 32
42
*2A 52
58
:3A 72
74
J4A 112
90
Z5A 132
106
j6A 152
122
z7A 172
1 0 1 1
11
VTB 13
27
ESC1B 33
43
+2B 53
59
;3B 73
75
K4B 113
91
[5B 133
107
k6B 153
123
7B 173
1 1 0 0
12
FFC 14
28
FS1C 34
44
,2C 54
60
<
3C 74
76
L4C 114
92
\5C 134
108
l6C 154
124
|7C 174
1 1 0 1
13
CRD 15
29
GS1D 35
45
−2D 55
61
=3D 75
77
M4D 115
93
]5D 135
109
m6D 155
125
7D 175
1 1 1 0
14
SOE 16
30
RS1E 36
46
.2E 56
62
>
3E 76
78
N4E 116
94
ˆ5E 136
110
n6E 156
126
˜7E 176
1 1 1 1
15
SIF 17
31
US1F 37
47
/2F 57
63
?3F 77
79
O4F 117
95
5F 137
111
o6F 157
127
DEL7F 177
LEGEND: dec
CHARhex oct
Victor Eijkhout
Dept. of Comp. Sci.
University of Tennessee
Knoxville TN 37996, USA
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Exercício
Como seria armazenada a seguinte linha de código em ASCII, emum sistema endereçado a cada 8 bits?
i f ( x>3)
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Exercício
Como seria armazenada a seguinte linha de código em ASCII, emum sistema endereçado a cada 8 bits?
i f ( x>3)
Resposta: i (0x69); f (0x66); espaço (0x20); ( (0x28); x (0x78); >(0x3E); 3 (0x33); ) (0x29)
Resposta: i (01101001); f (01100110); espaço (00100000); ((00101000); x (01111000); > (00111110); 3 (00110011); )(00101001)
Resposta: 8 bytes (64 bits)!
Teste no PC!
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Problema
128 caractereres não são o suficiente para representar todos osalfabetos existentes no mundo
Existe o código ASCII estendido, que utiliza 8 bits, e portantopossui mais 128 caracteres
É utilizado para caracteres que não existem no inglês, como letrasacentuadas
Porém, não possui um padrão mundial, o que gera conflitos quandoum mesmo arquivo é aberto em computadores de idiomas diferentes
Unicode surgiu para resolver o problema
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Operações sobre números binários
Como vimos na aula passada, todos os equipamentos eletrônicosdigitais utilizam números binários para representar quantidades
Para manipular estes números, existem apenas 3 operações básicas:AND (E), OR (OU) e NOT (NÃO)
A partir destas três, qualquer outra operação pode ser realizada
Para realizar estas operações dentro do hardware, precisamos decircuitos específicos que realizem estas operações. É isto queveremos a seguir
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Porta OR (OU)
Deve retornar verdadeiro (nível ALTO) quando uma OU outraentrada é verdadeira
Exemplo: 0 + 1 = 1; 1 + 1 = 1; 1 + 0 = 1. Único caso 0 →
0 + 0 = 0
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta OR (OU)Deve retornar verdadeiro (nível ALTO) quando uma OU outraentrada é verdadeira
Exemplo: 0 + 1 = 1; 1 + 1 = 1; 1 + 0 = 1. Único caso 0 →
0 + 0 = 0
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta E (AND)
Deve retornar verdadeiro somente quando TODAS as entradas sãoverdadeiras
Exemplo: 0 · 1 = 0; 1 · 0 = 0; 0 · 0 = 0. Único caso 1 → 1 · 1 = 1
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta E (AND)
Deve retornar verdadeiro somente quando TODAS as entradas sãoverdadeiras
Exemplo: 0 · 1 = 0; 1 · 0 = 0; 0 · 0 = 0. Único caso 1 → 1 · 1 = 1
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta NÃO (NOT)
Deve retornar o valor inverso ao da entrada
Exemplo: 0 = 1; 1 = 0
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta NÃO (NOT)
Deve retornar o valor inverso ao da entrada
Exemplo: 0 = 1; 1 = 0
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta NOR (Não-OU)
Deve retornar verdadeiro somente quando todas as entradas foremfalsas (comportamento inverso da OU)
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta NOR (Não-OU)
Deve retornar verdadeiro somente quando todas as entradas foremfalsas (comportamento inverso da OU)
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta NAND (Não-E)
Deve retornar falso somente quando todas as entradas foremverdadeiras (comportamento inverso da E)
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta NAND (Não-E)
Deve retornar falso somente quando todas as entradas foremverdadeiras (comportamento inverso da E)
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta XOR (OU-Exclusivo)
Deve retornar verdadeiro quando as entradas forem diferentes
Exemplo: 0 ⊕ 1 = 1; 1 ⊕ 0 = 1; 0 ⊕ 0 = 0; 1 ⊕ 1 = 0
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta XOR (OU-Exclusivo)
Deve retornar verdadeiro quando as entradas forem diferentes
Exemplo: 0 ⊕ 1 = 1; 1 ⊕ 0 = 1; 0 ⊕ 0 = 0; 1 ⊕ 1 = 0
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta XNOR (Não-OU-Exclusivo)
Deve retornar verdadeiro quando as entradas forem iguais(comportamento inverso da XOR)
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Porta XNOR (Não-OU-Exclusivo)
Deve retornar verdadeiro quando as entradas forem iguais(comportamento inverso da XOR)
Exercício: qual a forma de onda de saída?
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Portas Lógicas na Prática
Portas lógicas são utilizadas na prática através de circuitosintegrados
Estes circuitos normalmente contém um conjunto de portas domesmo tipo
14 13 12 11 10 9
1 2 3 4 5 6
VCC
8
7
GND
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Características de CI’s digitaisCI’s são uma coleção de resistores, diodos e transistores fabricadosem uma única peça de material semicondutor (silício)
Encapsulamento DIP (Dual-in-line package) - Mais comum para usoem laboratório
Encapsulamento SMD (Surface-mount device) é o mais comum emprodutos eletrônicos avançados
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Família TTLA família de CI’s bipolares (feitas com transistores bipolaresTransistor-Transistor Logic - TTL)
Prefixo dos CI’s sempre possui 74, 74S, 74LS, 74AS, 74ALS. A maisusada é 74LS, por ser de baixa potência
Faixa de tensão de operação: VCC deve ser conectado em +5V.
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Família TTL
VCC
Y
GND
3 kΩ
4 kΩ
120 Ω8 kΩ20 kΩ
1.5 kΩ
12 kΩ
A
B
’LS00 ’S00
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Família CMOSA família de CI’s unipolares (feitas com MOSFETs Complementary
Metal-Oxide-Semiconductor - CMOS)
Prefixo dos CI’s sempre possui 40, 74C, 74HC, 74HCT, 74AC,74ACT. A mais usada é a 74HC, por ser compatível com TTL.
Faixa de tensão de operação: VCC deve ser conectado em +5V a+18V. Mais usado é 5V para que possa ser conectado a dispositivosTTL.
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Família CMOS
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Níveis Elétricos
LVTTL e LVCMOS - versões low-voltage TTL e CMOS. Operam a3,3V, economizando potência
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Exercícios
Exercícios para estudo: refazer os realizados em sala de aula, alémdos seguintes exercícios do livro “Sistemas digitais: princípios e
aplicações": 2-1, 2-2, 2-4, 2-5, 2-6, 2-8, 2-10, 2-11, 2-15, 2-16,2-18, 2-20, 2-34, 2-35, 3-1, 3-2, 3-3, 3-5, 3-6, 3-11, 3-17 e 3-18.
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Próxima Aula:
Teoremas da ÁlgebraBooleana!
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