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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

LED 2 – FUNÇÕES COM CIRCUITOS INTEGRADOS

FAGNEY BRITO GOMES - 10134001018 SAMARA PEREIRA DA SILVA – 10134002318 OTACÍLIO RODRIGUES DE O. SILVA - 10134002118

TUCURUÍ – PARÁ 2011

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

LED 2 – FUNÇÕES COM CIRCUITOS INTEGRADOS

Relatório apresentado ao professor João

Negrão

como

requisito

de

avaliação da disciplina de Laboratório de Eletrônica Digital (LED).

TUCURUÍ – PARÁ 2011 2

RESUMO

Este relatório contemplará a experiência realizada em laboratório a qual se observou, primeiramente, a atuação de portas lógicas NOT (NÃO) ou inversoras. Em seguida, executou-se outro experimento no qual se pode verificou-se o comportamento das portas lógicas AND (E), NAND (NE), OR (OU) E NOR (NOU).

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1: CI- O chip é confinado em um encapsulamento......................................... 08 FIGURA 2: CI 7400 – Quatro portas NAND .................................................................08 FIGURA 3: CI 7404 – Seis portas NOT .........................................................................08 FIGURA 4: CI 7402 – Quatro portas NOR de duas entradas ........................................09 FIGURA 5: CI 7408 – Quatro portas AND ................................................................... 09 FIGURA 6: CI 7432 – Quatro portas OR (OU) de duas entradas...................................09 FIGURA 7: Portas NOR de duas entradas unidas...........................................................17

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LISTA DE TABELAS

TABELA 1: Portas ligadas ao potencial 0 V. ..................................................................11 TABELA 2: Portas alimentos com positivos .................................................................11 TABELA 3: Medição das portas com multímetro.......................................................... 11 TABELA 4: Medição das portas – pino 1 alimentado com negativo............................. 12 TABELA 5: Medição das portas – pino 1 alimentado com negativo............................. 12 TABELA 6: Medição das portas para resistor de 220 Ω................................................ 12 TABELA 7: Medição das portas para resistor de 15 kΩ................................................ 13 TABELA 8: Medição das portas para resistor de 15 KΩ............................................... 13 TABELA 9: Medição das portas com multímetro.......................................................... 14 TABELA 10: Medição das portas do CI 7400............................................................... 15 TABELA 11: Medição das portas do CI 7432............................................................... 15 TABELA 12: Medição das portas do CI 7402............................................................... 15

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ...............................................................................................................07 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................................................08 1. CI’s DIGITAIS ..............................................................................................08 2. PORTAS LÓGICAS ............................................................................................. 10 EXPERIÊNCIA 1: PORTAS NOT (NÃO) OU INVERSORAS ....................................11 OBJETIVO..........................................................................................................11 MATERIAIS ........................................................................................................11 MÉTODOS ..........................................................................................................11 RESULTADO E DISCUSSÕES .........................................................................11 EXPERIÊNCIA 2: PORTAS AND (E), NAND (NE), OR (OU) E NOR (NOU) .........14 OBJETIVO......................................................................................................... 14 MATERIAIS ........................................................................................................14 MÉTODOS ..........................................................................................................15 RESULTADO E DISCUSSÕES .........................................................................15 CONCLUSÃO .................................................................................................................18 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................19

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INTRODUÇÃO

Este experimento realizado no laboratório foi destinado à aplicação da parte teórica, para conhecermos na pratica o funcionamento de portas lógicas. O presente relatório descrever métodos para conhecer o comportamento de portas lógicas, onde foram realizados testes com as portas de um CI 7404 hexa-inversor, CI 7408, CI 7432 entre outras da família TTL. Todas as portas serão testadas, medindose as tensões de saída, colocando-se nas entradas nível alto e nível baixo.

.

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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 1. CI digitais CIs digitais são uma coleção de resistores, diodos e transistores fabricados em um único pedaço de material semicondutor (geralmente silício), denominado substrato, comumente conhecido como chip. O chip é confinado em um encapsulamento protetor plástico ou cerâmico, a partir do qual saem os pinos.

FIGURA 1: CI- O chip é confinado em um encapsulamento Os pinos são numerados no sentido anti-horário a partir de uma marca em uma de suas extremidades.

FIGURA 2: CI 7400 – Quatro portas NAND [1]

FIGURA 3: CI 7404 – Seis portas NOT [1] 8

FIGURA 4: CI 7402 – Quatro portas NOR de duas entradas [2]

FIGURA 5: CI 7408 – Quatro portas AND [2]

FIGURA 6: CI 7432 – Quatro portas OR (OU) de duas entradas [2]

A lógica TTL (Transistor - Transistor - Logic) - 0 curso está estruturado em cima da lógica TTL com circuitos integrados (CI) da série 74XX. Definição do nível lógico - nos circuitos digitais somente dois níveis lógicos são permitidos e cada família lógica tem estes níveis rigidamente definidos. Na família TTL, o nível lógico "ALTO" é definido como qualquer tensão entre 2 e 5V e "BAIXO" para qualquer tensão entre 0 a 0,8V. Características Básicas de CIs Digitais

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2. PORTAS LÓGICA

Tipos

Símbolo

Função Booleana

AND

ENTRADA SAÍDA

A.B

OR

A

B

A AND B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

ENTRADA SAÍDA

A+B

NOT

Tabela verdade

A

B

A OR B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

ENTRADA SAÍDA A

NOT A

0

1

1

0

ENTRADA

SAÍDA

NAND

A

B

A NAND B

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

NOR ENTRADA SAÍDA A

B

A NOR B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

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EXPERIÊNCIA 1: PORTAS NOT (NÃO) OU INVERSORAS OBJETIVOS Este experimento tem como objetivo conhecer na prática, o funcionamento de uma porta lógica NOT (NÃO) ou inversora. Conhecer as características técnicas do CI 7404. Identificar níveis lógicos através das medidas de tensão.

MATERIAIS 01 Fonte de tensão de 5 V; 01 Multímetro; 01 Matriz de contatos; 01 CI 7404; 01 Resistor de 220 Ω; 01 Resistor de 15 KΩ; 01 Capacitor de 1000µF; 02 Cabos banana-banana; - Fios rígidos de 0,50 mm.

MÉTODOS Realizou-se esta experiência da seguinte forma: fixou-se o CI 7404 na matriz de contatos e efetuou as ligações da alimentação para o CI (conforme a figura). Utilizando uma fonte de tensão ajustada em 5 V. Ao ligar o pino 14 ao terminal positivo da fonte de alimentação. Observou-se o acontecido.

RESULTADO E DISCUSSÕES

Como o pino 1 da porta lógica NOT, ou inversora ligado ao negativo da fonte de alimentação, utilizou-se um multímetro em escala apropriada para mediu-se a tensão de saída no pino 2 da inversora. Obtivemos 4,47 V, ou seja, a porta lógica NOT foi alimentado ao um potencial 0 V, que em nível lógico é zero, na saída desta porta obteve-se um potencial aproximadamente de 5 V (nível lógico 1), e observou-se que houve uma inversão na saída da porta lógica, como poder ser visto na tabela 1.

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TABELA 1: Portas ligadas ao potencial 0 V. Pinos alimentados (entradas) 1

Pinos medidos (saídas) 2

Tensão obtida (V)

Nível lógico

4,48

1

3

4

4,47

1

5

6

4,46

1

9

8

4,47

1

11

10

4,45

1

13

12

4,45

1

Depois, repetiu-se procedimento realizado anteriormente para a entrada do inversor (pino 1), agora estando ligado ao potencial de 5 V, ou seja, ao positivo da fonte de alimentação. Os valores obtidos para tensão das saídas podem ser vistos na tabela 2.

TABELA 2: Portas alimentos com positivos Pinos alimentados (entradas) 1

Pinos medidos (saídas) 2

Tensão obtida (V)

Nível lógico

0,81

0

3

4

0,82

0

5

6

0,82

0

9

8

0,71

0

11

10

0,86

0

13

12

0,86

0

Agora com a primeira porta (pino 1) ligada ao potencial de 5 V, ligou-se a saída de uma porta lógica NOT do CI 7404 com a entrada de outra, como por exemplo, pino2 com o pino3; mediu-se a tensão nos pinos 3 e 4 como mostra a tabela 3.

TABELA 3: Medição das portas com multímetro

Polo negativo

Pinos medidos

Tensão obtida (V)

4

4,34

3

0,78

12

Na mesma condição anterior mediu-se a tensão nos pinos 3 e 4, sendo que o pino 1 ou a ser alimento com potencial de 0 V. Observou-se que no pino 3 tinha aproximadamente 5 V (nível lógico 1) e no pino obteve-se 0,69 (nível lógico 0), ou seja, houve uma inversão, como mostra tabela 4. TABELA 4: Medição das portas – pino 1 alimentado com negativo. Pinos medidos

Tensão obtida (V)

4

0,69

3

4,42

Polo negativo

Em uma nova situação, a qual o CI esta sendo alimentado somente o pino 14 ao potencial 5 V e o pino 7 ao terra a entrada esta em aberto, ou seja, sem nada estar ligado à entrada da porta foi realizado a medição de tensão de saída de uma das portas do CI 7404. TABELA 5: Medição das portas com multímetro Pinos medidos

Tensão obtida (V)

2

0,83

4

0,83

6

0,84

8

0,73

10

0,88

12

0,88

Estando o CI devidamente alimento, ligar um resistor de 220 Ω entre a entrada de uma porta inversora e o terra (negativo da fonte) do circuito. E foi verificado o estado lógico da entrada e da saída, ou seja, mediu-se a tensão sobre o resistor e a tensão de saída da porta correspondente, como mostra a tabela 6. E repetiu-se o procedimento para um resistor de 15k Ω, veja tabela 7. TABELA 6: Medição das portas para resistor de 220 Ω Entrada

Saída (V)

0,08

4,44

13

Observou-se que houve uma que de tensão em cima do resistor de 220 Ω de 0,08 V. O resistor está ligado no negativo da fonte e na entrada (pino 1). O mesmo ocorreu para o resistor de 15 KΩ, sendo que a queda de tensão foi de 1,61 V. TABELA 7: Medição das portas para resistor de 15 kΩ Entrada

Saída (V)

1,61

3,22

Após o procedimento anterior ligou-se um capacitor de 1000µF entre a entrada de uma porta inversora e o terra do CI (pino 7). Inicialmente mediu-se na saída uma tensão 4,50 V e após instantes mediu-se novamente e obteve-se 0,86 V, veja tabela 8. TABELA 8: Medição das portas para resistor de 15 KΩ Nível lógico

Tensão de saída (V)

0

4,50

1

0,86

EXPERIÊNCIA 2: PORTAS AND (E), NAND (NE), OR (OU) E NOR (NOU) OBJETIVOS Comprovar experimentalmente a operação das portas lógicas AND (E), NAND (NE), OR (OU) e NOR (NOU). Conhecer as características físicas e elétricas dos CIs 7400, 7402, 7408 e 7432. E identificar níveis lógicos, analisando-se as tensões presentes nos pontos solicitados dos circuitos. MATERIAIS 01 Fonte de tensão de 5 V; 01 Multímetro; 01 Matriz de contatos; 01 CI 7400; 01 CI 7402; 01 CI 7408; 14

01 CI 7432; 02 Cabos banana-banana; - Fios rígidos de 0,50 mm.

MÉTODOS Para conhecer o funcionamento das portas lógicas AND (E), NAND, OR (OU) e NOR serão realizados testes de operação para cada uma delas. Os testes consistirão em determinar a tabela-verdade, transformar uma porta em outra, aumentar a capacidade de entrada de uma porta e para verificar o que acontece com a tensão de saída quando nada se encontra ligado à entrada da porta.

RESULTADO E DISCUSSÕES Primeiro fixou-se o CI 7408 na matriz de contatos, utilizou-se uma fonte previamente ajustada em 5 V para alimentar o CI. Ligou-se o terminal da tensão positiva de 5 V ao pino 14 do CI e o pino 7 ao terminal negativo da fonte. Escolheu-se uma das quatro portas AND (E) do CI 4708 para iniciar o experimento. Por exemplo, a porta ligada aos pinos 1,2 e 3. Os pinos 1 e 2 são terminais de entradas e o pino 3 terminal de saída. Em seguida colocou-se uma entrada em nível lógico (0,0), (0,1), (1,0) e (1,1) nas entradas da porta AND em questão. Veja os resultados obtidos na tabela 9.

TABELA 9: Medição das portas com multímetro Tabela - verdade

Tensão obtida (V)

0

0

0,13

0

1

0,13

1

0

0,13

1

1

4,46

Logo após substituindo o CI 7408 pelo CI 7400 realizou-se o mesmo procedimento, ainda seguindo o mesmo raciocine-o testou-se uma das portas OR do CI 7432. Os resultados obtidos podem ser analisados nas tabelas 10 e 11 respectivamente.

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TABELA 10: Medição das portas do CI 7400 Tabela - verdade

Tensão obtida (V)

0

0

5,03

0

1

5,03

1

0

5,03

1

1

0

TABELA 11: Medição das portas do CI 7432 Tabela - verdade

Tensão obtida (V)

0

0

0,12

0

1

4,47

1

0

4,46

1

1

4,46

Depois, testou-se uma das portas NOR (NOU) do CI 7402, porém observando que a posição das portas que se encontram invertidas (veja figura 4) em relação às portas dos demais CIs utilizados. A tabela 12 mostra os resultados obtidos.

TABELA 12: Medição das portas do CI 7402 Tabela - verdade

Tensão obtida (V)

0

0

5

0

1

0

1

0

0

1

1

0

Em uma nova situação utilizou-se um fio para unir as entradas da porta A e B da porta NOU. Com esta ligação, tudo se a como se tivesse uma única entrada. Em seguida colocou-se as entradas que foram unidas ou curto-circuitadas, ligadas ao terra (nível lógico 0), veja figura 7. Nesta condição mediu-se a saída para

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conhecer o seu estado lógico. Obteve-se na saída o potencial de 5 V, ou seja, nível lógico 1. Depois, foram deligadas as entradas do terra para em seguida liga-las a 5 V (nível lógico 1). E mediu-se novamente a saída, obtendo zero (0 V), ou seja, nível lógico 0.

FIGURA 7: Portas NOR de duas entradas unidas.

Também, verificou-se com a ajuda do multímetro o estado lógico da saída de uma porta NOU, quando nada estiver ligado à entrada, quando apenas uma das entradas estiver ligada ao terra (negativo da fonte de alimentação) e quando apenas uma das entradas estiver ligadas ao positivo da fonte (5 V). A tensão obtida para quando as entradas ligadas no terra foi de 5 V (nível lógico 1). E para quando a as entradas ligadas no positivo foi de zero Volts (nível lógico 0). O valor da tensão em estado de flutuação medida foi de 0,33 – 0,50 V e 1 V. Uma entrada flutuante em um circuito TTL funciona exatamente como se estivesse em nível lógico 1. Essa característica é frequentemente usada quando se testa um circuito TTL. Uma entrada flutuante em um circuito CMOS pode ter resultados desastrosos. O CI pode superaquecer e possivelmente se danificar. Por essa razão, todas as entradas de um circuito CMOS devem ser conectadas a um nível lógico (BAIXO ou ALTO), ou à saída de um CI.

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CONCLUSÃO

Através dos experimentos pode-se ter uma compreensão mais concreta do funcionamento de um circuito elétrico. E do comportamento de portas lógicas como a NOT, que podemos ver na pratica inversão das repostas (função de negar) e também o comportamento quando as entradas estão em estado de flutuação. Foi possível verificar as funções das portas lógicas através de tabela verdade. Nos experimentos foi utilizados conhecimentos de procedimentos para resumir tudo em produto de somas e soma de produtos e também o uso dos mapas de Karnaugh para simplificação, obteremos configurações simples que facilitam qualquer projeto. Mostramos os procedimentos lógicos que permitem trabalhar com as funções de modo a chegar aos circuitos. Com a realização dos experimentos obteve-se conhecimentos de equipamentos utilizados na eletrônica digital e como fazer corretamente ligações (conexões) de circuitos em protoboard.

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BIBLIOGRAFIA [1] Disponível em: < http://mikodewi.blogspot.com/>. o em 12 de maio 2011. [2]

Curso

Eletrônica

Digital.

Disponível

em

http://www.eletronicadigital.com/site/curso-eletronica-digital/11-licao3.html?showall=1 >. o em 12 de maio 2011. BOLSONI,

Reinaldo.

Eletrônica

Digital.

Disponível

em:

. o em 12 de maio 2011. MINISTERIO DA EDUCAÇÃO. Eletrônica Digital - Roteiro. Disponível em: . o em 12 de maio 2011. HASSE,

Daniel.

Circuitos

lógicos.

Disponível

em:

. o em 12 de maio 2011. Disponível

em:


robo-caseiro-eletronica.html>. o em 12 de maio 2011. Disponível em: < http://www.dee.ufc.br/~arthurp/NED07.pdf>. o em 12 de maio 2011. Disponível em: < http://www.ezuim.com/arq_pdf/seq_leds.pdf>. o em 12 de maio 2011.

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