Objetivos da atividade:
- Trabalhar o reconhecimento de circuitos digitais;
- Desenvolver habilidade de documentação, minimização e otimização de circuitos digitais;
- Promover contato e manuseio de circuitos lógicos físicos.
Preparação:
- O(a) aluno(a) precisará de um computador e um cabo USB-USB tipo A.
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Nesta atividade, analisaremos placas de circuito impresso contendo circuitos lógicos vistos comumente em aulas de Eletrônica Digital. Cada placa é composta por:
- 3 (três) CIs (circuitos integrados), de modelos diferentes, cada um contendo um tipo específico de porta lógica dentre as seguintes: AND, OR, NOT, NAND e NOR
- 1 (um) Dip Switch de 4 vias;
- 1 (um) LED;
- 1 (um) Terminal Borne de 2 vias;
- 1 (um) entrada USB Tipo A fêmea.
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Cada placa consiste em um circuito lógico diferente.
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Cada circuito tem 4 entradas e 1 saída.
| Componente | Função | Imagem |
|---|---|---|
| Circuitos Integrados | Contém as portas lógicas do circuito |  |
| Dip Switch | Contém 4 chaves: 1,2,3 e 4. Cada chave possui duas posições: "ligado" e "desligado". Quando "ligado", a conexão elétrica é estabelecida entre os pinos. As chaves 1,2, 3 e 4 representaram as entradas do circuito lógico. |  |
| LED | Representa a saída do circuito. Quando ligado, indica saída de nível lógico alto "1". Do contrário, indica saída de nível lógico baixo "0". |  |
| Entrada USB | A alimentação principal do sistema é dada por uma entrada USB, conectada ao Dip Switch e aos CIs. A entrada USB tipo A e deve ser conectada a um computador, ou a outra entrada USB tipo A de algum aparelho que forneça a tensão necessária para o funcionamento correto do circuito. |  |
| Terminal Borne | A alimentação secudária é dada por um terminal de 2 vias. Só deve ser usada caso a alimentação pela entrada USB não estiver disponível. Quando usado, a posição dos polos positivo e negativo do terminal deve ser considerada. |  |
Atenção: somente a alimentação de USB é necessária para a atividade, o terminal borne deve ser usado apenas com autorização do professor e não é permitido ligar o USB e o terminal ao mesmo tempo.
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Inicie reconhecendo a disposição dos componentes do circuito;
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Ligue o circuito conectando a placa ao computador por meio do cabo USB, para alimentar o circuito.
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Modifique a combinação das chaves 1,2,3 e 4, do Dip Switch e observe o sinal de saída (estado o LED).
Dica: mova as chaves para o sentido "ON" para fechá-las.
Dica: o LED aceso indica o nível lógico alto, 1, e LED desligado indica o nível lógico baixo, 0.
- Construa a tabela verdade do circuito realizando todas as combinações das entradas do Dip Switch.
Observação: esta tabela deve corresponder exatamente ao circuito da placa. Caso contrário, poderá resultar em erros nas próximas partes.
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Abra o Logisim para gerarmos o circuito a partir da tabela;
- Com o Logisim aberto, vá em Projeto > Analisar Circuito; a janela chamada "Análise Combinacional" deverá aparecer, é nesta tabela que injetaremos nossa tabela verdade;
- Na aba "Entradas", acrescente as entradas, em ordem, do bit mais significativo para o menos significativo;
- Na aba "Saídas", acrescente apenas a saída do circuito;
- Agora, na aba "Tabela", mude o valor da saída em 0 e 1 de acordo com a tabela que você registrou do circuito;
- Clique no botão abaixo "Construir Circuito", e avance.
Observação: o Logisim gerará um circuito correspondente à tabela verdade, mas não necessariamente este será o circuito final.
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Vá novamente em Projeto > Analisar Circuito
- Na aba "Expressão", temos a expressão lógica do circuito gerado;
- Registre a expressão lógica obtida.
Observação: note que, agora temos uma base para reconhecermos o circuito contido na placa, mas não necessariamente este será o circuito final.
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Desligue a placa removendo o cabo USB do computador;
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A respeito das nossas placas, note os seguintes pontos:
- Os CIs possuem encapsulamento DIP (Dual Inline Package). DIP são chamados "dual" porque possuem duas fileiras de pinos e "inline" porque os pinos estão alinhados em uma única linha reta. O número de pinos em um CI com encapsulamento DIP pode variar. Os nossos CIs possuem 14 pinos.
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Reconheça a pinagem dos componentes da placa;
- Leia a documentação dos CIs para descobrir suas especificações. Cada CI possui um datasheet correspondente. Todos os datasheets necessários para esta atividade se encontram na pasta datasheets. Além disso, a figura abaixo mostra como as portas lógicas estão associadas a cada pino de cada CI.
Dica: o modelo do CI é escrito na parte de cima dele.
Dica: os CIs têm, em uma das laterais menores, uma cavidade/chanfro, que serve para orientação. Em se tratando da família 74XXXX, a numeração começa com a cavidade para o lado esquerdo, e o pino do canto inferior esquerdo é o pino 1. A contagem é feita no sentido anti-horário, como mostra a imagem.
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Analise as trilhas;
Dica: cada sinal de entrada sai, separadamente, de cada pino do Dip Switch. Os sinais percorrem os CIs e combinam-se em operações lógicas de AND, OR, NOT, NAND e NOR.
Dica: durante o porcesso, você estará obtendo, também, a expressão lógica do circuito. Registre tanto o circuito quanto a expressão lógica obtida pela análise da placa.
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Construa o circuito no Logisim;
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Compare a tabela verdade do circuito do Logisim com o tabela verdade obtida na PARTE 3 do roteiro;
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Caso sejam iguais, o circuito está correto. Do contrário, repita o processo e/ou analise os possíveis erros.
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Utilizando álgebra booleana, simplifique a expressão obtida pela análise da placa;
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Construa um novo circuito no Logisim utilizando a expressão simplificada;
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Compare a tabela verdade do circuito simplificado com as tabelas verdade obtidas anteriormente. É necessário que todas sejam idênticas para considerar êxito.
Caso as tabelas sejam iguais, temos que todos os circuitos construídos são equivalentes