6548106 Eletronica Digital Saber Eletronica (1)

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  • CURSO DE ELETRNICA DIGITAL

    1SABER ELETRNICA ESPECIAL N 8 - 2002

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    CURSO DECURSO DECURSO DECURSO DECURSO DE ELETRNICALETRNICALETRNICALETRNICALETRNICA DIGITALIGITALIGITALIGITALIGITAL

    Os circuitos equipados com processadores,cada vez mais, esto fazendo parte do cotidianodo tcnico e/ou engenheiro, tanto de campo comode desenvolvimento.

    Hoje, dificilmente encontramos um equipamen-to, seja ele de consumo ou de produo, que nopossua pelo menos um processador (DSP,microprocessador, ou microcontrolador).

    fato tambm que vrios profissionais encon-tram muitas dificuldades na programao e desen-volvimento de projetos com esses componentes,simplesmente por terem esquecido alguns concei-tos fundamentais da eletrnica digital clssica.

    A inteno desse especial justamente essa,ou seja, cobrir possveis lacunas sobre essatecnologia de modo simples e objetivo. Procuramoscomplementar a teoria com circuitos prticos e

    teis, e dividimos o trabalho em doze captulos: Sistemas de numerao lgebra de Boole e portas lgicas Famlia TTL Famlia CMOS Funes lgicas Flip-Flops Funes lgicas integradas Multivibradores Contadores Decodificadores Registradores de deslocamento Displays

    Tivemos o cuidado de elaborar alguns testes,para que o leitor possa acompanhar melhor suapercepo.

    Newton C. Braga

    INTRODUO

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    SABER ELETRNICA ESPECIAL N 8 - 20022

    1.1- ANALGICO E DIGITAL

    Por que digital? Esta certamen-te a primeira pergunta que qualquerleitor que est chegando agora e temapenas alguma base terica sobreEletrnica faria ao encontrar o nossocurso.

    Por este motivo, comeamos jus-tamente por explicar as diferenasentre as duas eletrnicas, de modoque elas fiquem bem claras. Devemoslembrar que em muitos equipamen-tos, mesmo classificados comoanalgicos ou digitais, encontraremosos dois tipos de circuitos. o caso doscomputadores, que mesmo sendoclassificados como mquinas estrita-mente digitais podem ter em algunspontos de seus circuitos configura-es analgicas.

    Uma definio encontrada nos li-vros especializados atribui o nome deEletrnica Digital aos circuitos queoperam com quantidades que s po-dem ser incrementadas oudecrementadas em passos finitos.

    Um exemplo disso dado peloscircuitos que operam com impulsos.S podemos ter nmeros inteiros depulsos sendo trabalhados em qual-quer momento em qualquer ponto docircuito. Em nenhum lugar encontra-remos meio pulso ou um quarto depulso.

    A palavra digital tambm est as-sociada a dgito (do latim digitu, dedo)que est associado representaode quantidades inteiras. No pode-mos usar os dedos para representarmeio pulso ou um quarto de pulso.

    Na Eletrnica Analgica trabalha-mos com quantidades ou sinais quepodem ter valores que variam de

    modo contnuo numa escala. Os va-lores dos sinais no precisam ser in-teiros. Por exemplo, um sinal de udio,que analgico, varia suavementeentre dois extremos, enquanto que umsinal digital s pode variar aos saltos,observe a figura 1.

    Conforme o leitor pode perceber,a diferena bsica entre os dois tiposde eletrnica est associada inicial-mente ao tipo de sinais com que elastrabalham e no que elas fazem comos sinais.

    De uma forma resumida podemosdizer que:

    A Eletrnica Digital trabalha comsinais que s podem assumir valoresdiscretos ou inteiros.

    A Eletrnica Analgica trabalhacom sinais que podem ter qualquervalor entre dois limites.

    1.2 - LGICA DIGITAL

    Os computadores e outros equi-pamentos que usam circuitos digitaisfuncionam obedecendo a um tipo decomportamento baseado no que sedenomina Lgica.

    Diferentemente dos circuitos am-plificadores comuns que simplesmen-te amplificam, atenuam ou realizamalgum tipo de processamento simplesdos sinais, os circuitos digitais usa-

    dos em computadores e outras m-quinas no processam os sinais ba-seados em uma finalidade simplesdeterminada quando so fabricados.

    Os circuitos digitais dos computa-dores e outros equipamentos so ca-pazes de combinar os sinais toman-do decises segundo um comporta-mento lgico.

    evidente que se o leitor desejarealmente entender como as coisasacontecem nos circuitos digitais, devepartir exatamente do aprendizado docomportamento lgico. Podemos di-zer que a lgica nos permite tirar

    LIO 1

    ELETRNICA ANALGICA E DIGITALSISTEMAS DE NUMERAO

    Figura 1 - Os sinais digitais variam aos saltos.

    COMPUTADORES: os com-putadores atuais so digitais emsua totalidade e praticamenteno usado outro tipo de confi-gurao. No entanto, nem sem-pre foi assim. Nas primeiras d-cadas deste sculo, quando oscircuitos eram ainda valvulados,os primeiros computadoreseram mquinas analgicas. Aimpreciso e algumas outras di-ficuldades tcnicas que estescomputadores apresentavam fi-zeram com que logo fossemsubstitudos pelos circuitos digi-tais hoje usados.

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    3SABER ELETRNICA ESPECIAL N 8 - 2002

    concluses ou tomar decises a par-tir de fatos conhecidos.

    Por exemplo, a deciso de acen-der uma lmpada quando est escu-ro uma deciso lgica, pois a pro-posio e a concluso so fatosrelacionados.

    Ao contrrio, a deciso de acen-der uma lmpada, porque est cho-vendo no uma deciso lgica, poisos fatos envolvidos no tm relao.

    Evidentemente, os fatos relaciona-dos acima so simples e servempara exemplificar como as coisasfuncionam.

    Na eletrnica dos computadores,o que temos a aplicao da lgicadigital, ou seja, de circuitos que ope-ram tomando decises em funo decoisas que acontecem no seu prpriointerior. claro que os computadorese seus circuitos digitais no podementender coisas como est escuro ouest chovendo e tomar decises.

    Os circuitos lgicos digitais traba-lham com sinais eltricos.

    Assim, os circuitos lgicos digitaisnada mais fazem do que receber si-nais com determinadas caractersti-cas e em funo destes tomar deci-ses que nada mais so do que a pro-duo de um outro sinal eltrico.

    Mas, se os sinais eltricos so di-gitais, ou seja, representam quantida-des discretas e se a lgica baseadaem tomada de decises, o prximopasso no entendimento da EletrnicaDigital, partir para o modo comoas quantidades discretas so repre-sentadas e entendidas pelos circuitoseletrnicos.

    1.3 - SISTEMAS DE NUMERAO

    O modo como contamos as quan-tidades vem do fato de possuirmos 10

    dedos. Assim, tomando os dedos dasmos podemos contar objetos comfacilidade at certo ponto.

    O ponto crtico ocorre quando te-mos quantidades maiores do que 10.O homem resolveu o problema pas-sando a indicar tambm a quantida-de de mos ou de vezes em que osdez dedos eram usados.

    Assim, quando dizemos que temos27 objetos, o 2 indica que temos duasmos cheias ou duas dezenas mais7 objetos. O 2 tem peso 10.

    Da mesma forma, quando dizemosque temos 237 objetos, o 2 indica quetemos duas dezenas de mos chei-as ou duas centenas, enquanto o 3indica que temos mais 3 mos cheiase finalmente o 7, mais 7 objetos, fi-gura 3. Em outras palavras, a posi-o dos algarismos na representaodos nmeros tem um peso e em nos-so sistema de numerao que deci-mal este peso 10, veja a figura 4.

    O que aconteceria se tivssemosum nmero diferente de dedos, porexemplo 2 em cada mo?

    Isso significaria, em primeiro lugar,que em nosso sistema de base 4 (eno base 10) s existiriam 4 algaris-mos para representar os nmeros: 0,1, 2 e 3, confira a figura 5.

    Para representar uma quantidademaior do que 4 teramos de usar maisde um algarismo.

    Assim, para indicar 7 objetos nabase 4, teramos uma mo cheia com4 e mais 3. Isso daria 13, figura 6.

    Veja ento que no 13 na base 4,o 1 tem peso 4, enquanto que o 3 temo seu valor normal.

    De uma forma generalizada, dize-mos que dependendo da base do sis-tema os algarismos tm pesos quecorrespondem sua posio no

    Figura 2 - Elementos simples de lgica so a base de funcionamento dos circuitos digitais.

    Figura 3 - A posio do algarismod seu valor relativo.

    Figura 4 - Os pesos sopotncias de 10 no sistema decimal.

    Figura 5 - Na base 4so usados 4algarismos.

    Figura 6 - Treze na base quatroequivale a sete na base 10.

    nmero e que estes pesos so po-tncias da base. Por exemplo, para abase 10, cada algarismo a partir dadireita tem um peso, que uma po-tncia de 10 em ordem crescente, oque nos leva unidade (dez elevadoa zero), dezena (dez elevado aoexpoente um), centena (dez eleva-do ao quadrado), ao milhar (dez ele-vado ao cubo) e assim por diante,conforme a figura 7.

    Em Eletrnica Digital costumamosdizer que o dgito mais direita, porrepresentar a menor potncia ou termenor peso, o dgito ou bit* menossignificativo ou LSB (Less SignificantBit) enquanto que o mais esquerda o mais significativo ou MSB (MostSignificant Bit). Para a base 4, con-forme observamos na figura 8, os d-gitos tm potncias de 4.

    *O bit que o dgito binrio (na base 2)ser estudado mais adiante.

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    SABER ELETRNICA ESPECIAL N 8 - 20024

    Figura 9 - Pesos na numerao binria.

    1.4 - NUMERAO BINRIA

    Os circuitos eletrnicos no pos-suem dedos.

    evidente tambm que no seriamuito fcil projetar circuitos capazesde reconhecer 10 nveis de uma ten-so ou de outra grandeza eltrica semo perigo de que qualquer pequenoproblema fizesse-os causar qualquerconfuso.

    Muito mais simples para os circui-tos eletrnicos trabalhar com um sis-tema de numerao que esteja maisde acordo com o seu princpio de fun-cionamento e isso realmente feito.

    Um circuito eletrnico pode ter ouno corrente, ter ou no tenso, podereceber ou no um pulso eltrico.

    Ora, os circuitos eletrnicos somais apropriados para operar com si-nais que tenham duas condies pos-sveis, ou seja, que representem doisdgitos ou algarism