Prática 2 – Portas Lógicas CEA341 - Princípios de Eletrônica Digital Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas Departamento de Engenharia Elétrica - DEELT Professor: Thainan Santos Theodoro Aluno Aluno: Data: 30 e 31 / 03 / 2022 Matrícula Matrícula: Início: 17h10 e 20:45 Nota: 1. Objetivos ▪ ▪ ▪ Apresentação das portas lógicas encapsuladas em Dual In-line Package (DIP); Comprovar experimentalmente a tabela-verdade das portas lógicas fundamentais; Validar os resultados obtidos com os experimentos realizados em laboratório. 2. Breve descrição As portas lógicas, como outros circuitos usados em eletrônica digital, são encontradas em componentes eletrônicos com múltiplos terminais que usam a tecnologia de circuitos integrados, conhecidos como CIs ou chips. A Figura 1 apresenta uma ilustração de um CI. Figura 1 - CI 18 pinos encapsulamento DIP. Ao contrário da simbologia utilizada para cada porta lógica, na prática, os elementos eletrônicos são comumente implementados dentro dos CIs. No entanto, apenas com a imagem do circuito integrado não é possível identificar como o dispositivo funciona. Para isso, deve-se utilizar como referência a folha de dados (Datasheet) fornecida pelo fabricante. Além da descrição da funcionalidade de cada pino do CI, na folha de dados também são informadas as condições de operação do dispositivo. Para encontrar o Datasheet do circuito integrado a ser utilizado, utiliza-se como referência o código impresso na parte superior do CI. Na Figura 2 está exibida uma fotografia de um CI HD74HC32P. Acessando um site que contêm um banco de dados de Datasheet (http://www.datasheetcatalog.com/) e incluindo o código (usar apenas 74HC32) no espaço reservado para procura, é possível encontrar diversas folhas de dados fornecidas por vários fabricantes de CIs (Philips, Texas Instruments, Diodes, ON Semiconductor, etc). Figura 2 - CI 18 pinos encapsulamento DIP. Utilizando o Datasheet fornecido pela empresa Diodes a Figura 3 (a) apresenta o encapsulamento, visto de cima, com a numeração dos pinos. A contagem começa no ponto marcado, e cada pino recebe uma numeração. A Figura 3 (b) apresenta a função de cada um dos pinos. Por exemplo, este CI contém 4 portas lógicas OR, em deve-se, inicialmente, conecta o pino 14(Vcc) ao terminal (+) da Fonte CC de 5V e o pino 7 ao terminal (–) da fonte CC. Os pinos 1, 2 são os terminais de entrada da primeira porta lógica, e o de saída é o pino 3. Figura 3 - Ilustração do CI HD74HC32P: (a) Vista de cima; (b) Circuito esquemático. As portas lógicas mais utilizadas pertencem a duas tecnologias distintas de construção de circuitos digitais: a família TTL (do inglês, Transistor Transitor Logic) e a família CMOS (do inglês, Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). A sigla TTL significa lógica transistor a transistor e é constituída a partir de transistores bipolares de junção. Esta classe possui duas séries de componentes: a série 54, destinada a aplicações militares e a série 74, de uso comercial. As séries mais conhecidas são a 74L, 74H, 74S, 74LS e 74AS. A Figura 4 apresenta a pinagem de algumas portas-lógicas da série 74LS. Figura 4 - Pinagem de algumas portas lógicas básicas (TOCCI, 2010). 3. Trabalho preparatório – Simulação no tinkercad O trabalho preparatório deve ser feito em casa, antes da prática pela dupla que fez a primeira prática. Ele será entregue junto com o relatório em uma semana. Lembre-se de tirar os prints das montagens para ilustrar seu experimento. Responda as perguntas de forma explicita e as leve para o dia da prática. Lembre-se de colocá-las também no relatório. 3.1. Download dos datasheets Acessar o site (http://www.datasheetcatalog.com/) e obter os datasheets de cada um dos CIs: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ 74LS08 (AND); 74LS32 (OR); 74LS04 (NOT); 74LS02 (NOR); 74LS00 (NAND). Estes documentos serão necessários para as próximas etapas da prática, portanto, é de responsabilidade do aluno leva-los no dia da prática. 3.2. Primeiro acesso ao Tinkedcad Acesse o endereço (https://www.tinkercad.com/) e crie uma conta no site. 3.3. Montagem e teste das portas 3.3.1. Parte 1 - Tabela verdade 1. Monte um circuito de teste da Figura 5 no tinkercad para a porta AND . 2. Alimente a porta com tensão de 5V positiva no pino Vcc e 0V no pino Ground. a. Teste a alimentação com 1V, 3V, 5V e 10V; b. O que aconteceu? Explique utilizando o datasheet encontrado. 3. Você pode colocar um botão deslizante em cada entrada para facilitar a simulação. 4. Coloque um LED na saída da porta para indicar o nível de tensão da saída com resistor de 1k Ω. a. Teste os resistores de 330 Ω, e 1 Ω; b. O que aconteceu? Explique utilizando o datasheet encontrado. 5. Complete a tabela verdade para a porta. 6. Repita o procedimento para as portas OR, NOT, NOR e NAND. Vcc (+) Vcc (14) A Porta lógica S B GND (-) GND (7) Figura 5 - Montagem da prática. Caso esteja com dificuldades, você pode seguir o tutorial do prof. Manfrini (https://www.youtube.com/watch?v=Lsdfh6Ztlfk ) ou outras fontes que achar mais adequada. em 3.3.2. Desafio - Circuitos de três entradas ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ Implemente o circuito lógico que tem como expressão 𝑥 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴𝐵(𝐶 + 𝐷) usando apenas portas NOR e NAND. 4. Procedimento da Prática A prática será realizada no laboratório e o conhecimento adquirido na simulação será muito importante. 4.1. ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Material a ser utilizado: 1 resistor 330 Ω; 1 LED; 1 fonte de tensão 5V; 1 matriz de contatos (protoboard); CIs 7408, 7432, 7404, 7402, 7400 3 Pushbottons 4.2. Montagem 4.2.1. Parte 1 – Tabela verdade Monte o circuito e verifique o funcionamento de cada porta lógica preenchendo a tabela verdade. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Monte um circuito de teste na protoboard para a porta AND . Alimente a porta com tensão de 5V positiva no pino Vcc e 0V no pino Ground. Use os jumpers para alterar os níveis de entrada. Coloque um LED na saída da porta para indicar o nível de tensão da saída com resistor de 1k Ω. Complete a tabela verdade para a porta. Repita o procedimento para as portas OR, NOT, NOR e NAND. Entradas Saída AND Entradas Saída Entradas Saída OR Entrada Saída NOT Entradas Saída NAND NOR 4.2.2. Desafio: circuitos de três entradas ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ Implemente o circuito lógico que tem como expressão 𝑥 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴𝐵(𝐶 + 𝐷) usando apenas portas NOR e NAND. 5. Entrega O relatório deverá ser entregue, via moodle, no prazo de até uma semana após a prática, descrevendo toda a prática realizada assim como trabalho preparatório.