Experiência 1LAB

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA

CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA

DISCIPLINA: ELETRÔNICA DIGITAL PROF. JEOVANE SOUSA

AULA PRÁTICA 1

Data de realização: Data de entrega:

Alunos:

1. INTRODUÇÃO:

1.1. OBJETIVOS:

Utilizar a matriz de contatos (Proto Board) para realizar montagens experimentais, reconhecer os

equipamentos disponíveis no laboratório e a lista de materiais de responsabilidade da equipe, construir e

aplicar gerador de variável discreta e testador de circuitos lógicos utilizando LED, conhecer a

utilização e funcionamento do osciloscópio, construir e aplicar gerador de variável discreta e testador de

circuitos lógicos utilizando LED,

1.2. MATERIAIS UTILIZADOS: 01 – Proto Board;

01 – Multímetro;

01 – Fonte CC;

01 – Osciloscópio;

01 – Gerador de Funções;

01 – Alicate de corte;

01 – Alicate de bico chato / ou pinça;

01 – Cabos banana-banana

Resistores de 1kΩ - 1/2W

Resistor de 270 Ω - 1/2W

LED vermelho, ou amarelo ou verde

– Fios para interligação.

1.3. METODOLOGIA

1. Para verificar como a matriz de contatos (MC) está organizada serão medidas as resistências entre os

furos (pontos de contato) destinados à fixação dos componentes. Os pontos que apresentarem resistência

zero (ou muito próximo de zero), curto circuito, pertencerão a uma mesma linha ou coluna, são pontos

comuns.

2. Para identificar os pontos na base de montagem, alimentação do circuito e interligação de terminais,

poderá ser utilizado um multímetro digital (MMD) ou um diodo emissor de luz (LED) associado a um

resistor limitador de corrente mais a fonte CC.

3. Para facilitar a conexão dos componentes na matriz deve-se fazer uso de pinça ou alicate de bico

chato apropriados.

4. Para simular a entrada das variáveis em níveis lógicos “0” e “1” será utilizado o arranjo de chaves

“NA” / “NF” associadas a resistores, utilizando-se de estratégias de resistores pull-up ou pull-down.

5. Serão propostos alguns circuitos utilizando componentes discretos que devem ser implementados na

matriz de contatos.

6. Para evitar constantes manobras no interruptor da fonte de tensão, adotar-se-á uma chave H-H,

liga/desliga, entre a fonte e a matriz de contatos.

7. As Tabelas da Verdade (TVs) devem ser preenchidas e verificadas para cada circuito proposto.

8. Esboce o circuito e escreva a respectiva TV antes da implementação.

9. Após cada atividade prática deve-se elaborar uma conclusão parcial (CPx) sobre a etapa

desenvolvida.

10. Ao final do roteiro de experiência deve-se estabelecer uma conclusão que demonstre a aprendizagem

obtida com o experimento.

11. Em seguida há uma lista de exercícios e questionamentos que deve ser respondida como atividade de

fixação ou ampliação de conhecimentos construídos.

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2. DESENVOLVIMENTO

2.1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1.1. Matriz de Contatos (Proto-Board)

Uma grande parte dos circuitos eletrônicos, especialmente os digitais, quando em fase de criação

e desenvolvimento, são ensaiados sobre uma base chamada matriz de contatos.

A matriz de contatos é formada, basicamente, por uma peça moldada com espaços internos

próprios para a acomodação de conectores metálicos. Os conectores metálicos são acessados através dos

pequenos furos que cobrem a superfície da peça plástica.

Os pequenos furos servem para a fixação e conexão dos componentes eletrônicos. Quando

encaixados, os terminais dos componentes ficam presos entre duas lâminas que constituem os

conectores metálicos.

Durante a montagem de um circuito, primeiramente os componentes são fixados sobre a matriz,

depois, através de pedaços de fios rígidos de diâmetro apropriado, as interligações entre os

componentes são efetuadas. Assim, sobre a matriz pode-se montar desde circuitos simples até mais

complexos sem a necessidade de soldar os componentes.

Apesar de apresentar algumas limitações, como o mau contato, rompimento de trilhas internas

por mau uso, entupimento por quebra de conectores no interior dos orifícios, relaxamento da pressão

dos conectores devido a introdução de componentes com terminais cuja bitola é superior ao

especificado, etc., quando preservada ela é de extrema utilidade, portanto cuide bem dela. Um caso típico

de danificação é pretender efetuar medição de continuidade ou tensão diretamente no orifício da matriz

de contato utilizando a ponta de prova do multímetro (nunca faça isso!!).

Existem muitos modelos de matriz de contato, uns com mais, outros com menos pontos de

interligação, porém, a organização dos contatos obedece a um mesmo padrão.

A Figura 1 apresenta um desenho esquemático da matriz de contatos. Nela, pode-se observar que

a matriz de contatos é composta por dois tipos de blocos de contatos (bloco 1 e bloco 2). No bloco 1

cada 5 furos dão acesso ao mesmo conector metálico, localizado internamente à base plástica. No bloco

2, os furos estão organizados visualmente em grupos de 5 mas, só visualmente, pois internamente, todos

os pontos de uma mesma linha estão interligados entre si. Estes pontos comuns servem para interligar

diretamente os componentes que participam de um mesmo nó do circuito evitando o uso desnecessário

de fios para essa interligação.

Normalmente as linhas do bloco 2 são utilizadas como barramento de distribuição de

alimentação, ou seja, pode-se adotar uma das linhas como GND ou como Vcc.

No comércio, encontram-se modelos de diversos fabricantes, tais como Celis, Shakomiko,

Toyo, Minipa entre outros. Entre os modelos importados a marca Proto-board é a mais conhecida.

Figura 1 – Matriz de Contatos.

3

2.1.2. Portas Lógicas

A seguir, serão apresentadas as portas lógicas básicas (E, OU e NÃO) e as derivadas (NÃO E,

NÃO OU, OU EXCLUSIVO e COINCIDÊNCIA) pertencentes a família TTL.

Os circuitos TTL são produzidos em duas séries comerciais: a série 74XXX e 54XXX, sendo

esta última denominada série militar ou profissional, devido à maior margem de variação nas

especificações de alimentação e temperatura, assegurando a confiabilidade no desempenho em condições

extremas.

Os catálogos de fabricantes (“data sheets”) fornecem valores para os diversos parâmetros do

componente para uma tensão de alimentação de 5V a 25ºC. As especificações da série comum (74XXX)

devem garantir o funcionamento com 5% de tolerância numa faixa de temperatura de 0ºC a 70ºC. Demais

parâmetros específicos como tensões e correntes máximas, Fan-In, Fan-Out, tempo de propagação,

imunidade a ruídos, entre outros, deverão ser pesquisados pelo grupo.

Circuito Integrado 7400 (quatro portas

NÃO E de duas entradas)


NÃO OU de duas entradas)

Circuito Integrado 7404 (seis inversores)

Circuito Integrado 7408 (quatro portas E

de duas entradas)


OU de duas entradas)

Circuito Integrado 7486 (quatro portas OU

- exclusivo)

Vcc

14 13 12

11 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7 Terra

5 6 7

Terra

1 2 3

Vcc

14 13 12

11 10 9 8

5 6 7

Terra

1 2 3

Vcc

14 13 12 11 10 9 8

Vcc

14 13 12

11 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7 Terra

5 6 7

Terra

1 2 3

Vcc

14 13 12

11 10 9 8

5 6 7

Terra

1 2 3

Vcc

14 13 12 11 10 9 8

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2.1.3. Alimentando um Circuito.

Todo circuito eletrônico para funcionar necessita de uma fonte de energia que, na maioria dos

casos, se resume a uma fonte de tensão. A fonte de tensão se encarrega de fornecer tensão elétrica

adequada para o correto funcionamento do circuito.

Utilize dois cabos banana-banana para interligar a matriz de contatos à fonte de tensão.

Muitas vezes esta fonte de tensão elétrica é referida como fonte de alimentação do circuito. Assim, o

termo “alimentar um circuito” significa ligar o circuito a uma fonte de tensão apropriada.

É comum o iniciante estabelecer as interconexões das portas lógicas do CI e esquecer de conectar os

pinos de fonte ao barramento de alimentação. Verás!!!

Existem diversos tipos de circuitos capazes de executar funções lógicas, dentre os quais se podem

citar a família de circuitos TTL (Transistor-Transistor Logic) e CMOS (Complementary Metal Oxide

Semiconductor), que são as mais utilizadas atualmente dentro da Eletrônica Digital.

Os níveis lógicos compatíveis com circuitos TTL’s são alimentados com 5V, enquanto os níveis

lógicos compatíveis com os circuitos CMOS, são geralmente alimentados com tensão de 15V.

Assim sendo, em todas as experiências de laboratório o aluno deverá ter o cuidado de verificar qual a

tensão de operação adequada para atender ao experimento que será realizado, evitando com isto que

os componentes e equipamentos possam ser danificados.

2.1.4. Práticas de montagem

A posição correta para fixar um circuito integrado na matriz de contatos é a mostrada na Figura

3, desta forma cada contato do circuito integrado (CI) fica independente do outro, sem curto circuito

entre os terminais.

Para a melhor fixação, deve ser empregado um pouco de pressão no CI para que o mesmo se

ajuste perfeitamente aos pontos de contato. Os componentes sempre devem ser instalados

cuidadosamente, um descuido durante esta operação poderá dobrar os terminais prejudicando as ligações

que são feitas unicamente por contato. Além de risco de danificar o CI.

Figura. 3 – Posição correta do CI no PROTO-BOARD.

2.2. PROCEDIMENTOS

P1 – Identificação dos pontos da MC

1 – Colocar a chave seletora do multímetro na posição apropriada para medição de curto circuito ou

resistência (Ω) zero;

2 – Enrolar firmemente nas pontas de provas do multímetro, um pedaço de fio rígido. Em seguida,

5

fazer uma laçada para garantir que os fios fiquem bem presos às pontas de provas. Não esquecer

que as extremidades dos fios devem estar sem a capa plástica. Como mostra a Figura 4.

Figura 4 – Ponta de Prova do Multímetro.

3 – Pesquisar a organização da matriz de contatos colocando os fios das pontas de provas,

preparadas no item anterior, dentro dos furinhos da matriz, conforme indicação da Figura 5.

Figura 5 – Medição com o Multímetro.

Fazer as medidas em vários pontos diferentes da matriz. Quando dois pontos de contato

pertencerem ao mesmo barramento, o multímetro irá indicar resistência zero através de um sinal sonoro.

CP 1:

P2 – Implementando um provador digital com LED

Como definir o valor da resistência a ser associada ao LED?

Como determinar os terminais ANODO e CATODO do LED?

Interligue um dos terminais do resistor ao CATODO do LED.

Figura 6 - LED Teste

Ligue um terminal livre do resistor ao barramento positivo da fonte e o catodo do LED ao

negativo.

Constatação:

Meça: VR= VLED=

Agora inverta as conexões, ligue o terminal livre do resistor ao barramento negativo da fonte

e o catodo do LED ao barramento positivo.

Constatação:

Meça: VR= VLED=

CP 2:

6

P3 – Implementando um gerador de variáveis

Utilize o módulo de chaves dip swit e resistores de 270Ω.

Execute as interconexões indicadas.

Utilize a estrutura da figura 7 para verificar o estado das

variáveis A e B na saída do módulo de chaves.

Figura 7 - Gerador de variáveis

OBSERVAÇÃO: Esta estrutura pode permanecer montada pois será frequentemente utilizada nas

experiências.

CP 3:

P4 – Teste a tv da porta “NÃO” (INVERSORA) usando o CI 74LS04.

1. Apenas alimente o CI pinos 7(massa) e 14 (VCC) e meça a tensão nos pinos 1, 2, 3, 4 e 5 do CI.

Justifique.

2. Faça uso da folha MAPA DE CIs.

3. Construa a tabela da verdade (TV) da porta inversora.

4. Faça as verificações utilizando o multímetro e o provador lógico.

5. Antes de conectar o gerador de variáveis, com o multímetro, meça os valores de tensão encontrados

nos pinos 1, 2, 3, 4.... Justifique...

6. Pode-se aplicar nível lógico aos pinos 2, 4, 6, 10 ou 12? Justifique!

7. Faça o pino 1 assumir o nível lógico “0” e meça o nível lógico presente no pino 2. Justifique.




CP 4:

P5 – Coloque 2 portas “NÃO” em série e verifique a saída conforme a variação da entrada.

Construa a TV do circuito.

CP5:

A S

A S

7

A B S

P6 – TESTANDO A TV DA PORTA E

Construa a TV da porta E. Esboce o diagrama de interligações. Implemente o circuito. Teste a TV.

CP6:

P7 – TESTANDO A TV DA PORTA OU

Esboce a TV, esboce o diagrama esquemático, esboce o diagrama de interconexões, teste a TV.

CP7:

P8 – TESTANDO A TV DE PORTAS “NÃO E”

a) Implemente a função NE utilizando o CI de porta “E” e Inversor. Teste a TV.

b) Implemente a função NE utilizando o CI 7400. Teste a TV.

c) Compare os resultados.

CP8:

P9 – TESTANDO A TV DE PORTAS NÃO OU

a) Implemente a função NOU utilizando o CI de porta OU e Inversor. Teste a TV.

b) Implemente a função NOU utilizando o CI 7402. Teste a TV.

c) Compare os resultados.

CP9:

P10 – Aplicando portas universais operar como portas inversoras

a) Faça uma porta “NÃO E” funcionar como um porta inversora (Use as duas possibilidades)

b) Faça uma porta “NÃO OU” funcionar como uma porta inversora.

c) Obtenha porta E a partir de porta “NÃO E”

d) Obtenha porta OU a partir de porta “NÃO OU”

CP 10:

8

2.3. ESTRUTURA IMPLEMENTADA A equipe deverá elaborar previamente os esquemas de ligações para cada procedimento previsto.

2.4. ANÁLISE DOS RESULTADOS

Cada equipe deverá preencher os itens CP (Conclusão Parcial) previstos a cada procedimento.

2.5. QUESTÕES PARA REFLEXÃO

1. O que acontece se tentarmos introduzir a ponta de prova do multímetro no orifício da MC?

2. Qual o possível erro se encontrarmos uma indicação de resistência muito alta entre dois

terminais de componentes que supostamente estejam ligados em um mesmo barramento?

3. Qual a função da região vazia no centro de cada placa da MC?

4. Podemos ligar uma carga que drenará uma corrente da ordem de 10A via barramento da MC?

5. Esquematize um arranjo de gerador de variáveis utilizando a configuração pull down.

6. Justifique o valor da resistência para os diferentes casos de aplicação nesta experiência.

7. Como se reconhece os terminais de anodo e catodo de um LED?

8. Esboce o circuito e a TV para portas E, OU, NE e NOU para 4 variáveis.

9. O que devemos entender por coletor aberto em termos de bloco lógico TTL?

10. O que podemos encontrar na saída de um bloco lógico cujo pino de entrada encontra-se suspenso

(flutuando) se a lógica for coletor aberto? (suspenso?) (flutuando?) (Estou boiando?)

11. Qual fundamento da álgebra de Boole é utilizado no procedimento 4?

12. Qual fundamento da álgebra de Boole é utilizado no procedimento 5?

13. Dos CIs em uso quais contêm portas básicas e quais contêm portas consideradas universais?

14. O que acontece se aplicarmos o sinal de entrada a uma porta cujo CI não foi alimentado?

15. O que acontece a qualquer CI se aplicarmos sinal a um pino cuja função seja de saída?

16. Explicite seus conhecimentos sobre os níveis lógicos nos pinos de entrada e de saída das portas

lógicas da família TTL tradicional.

17. Em uma única tabela da verdade de 3 entradas apresente a solução de saída para portas E, OU, NE,

NOU.

18. O que você pensa sobre o tempo de propagação se sinais em portas lógicas, considere portas lógicas de

tecnologia TTL e tecnologia CMOS.

19. O que você está entendendo sobre deixar um pino de entrada de uma porta lógica TTL com o sinal

suspenso?

3. Conclusão

A equipe deverá redigir a conclusão relativo a aprendizagem

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