1. O documento descreve os tópicos que serão abordados no curso de Circuitos Lógicos, incluindo diferentes tipos de circuitos, álgebra de Boole, portas lógicas e mapas de Karnaugh.
2. Também apresenta detalhes sobre avaliação do curso com duas provas e uma prova substitutiva, além de informações sobre o professor e livro texto.
3. Fornece instruções sobre a apresentação obrigatória de ATPS para todos os alunos e professores da área de Engenharia/Telecom
3. O QUEVAMOSVER?
1. Diferenças entre os circuitos analógicos e os digitais.
2. Conversão entre bases.
3. Operações aritméticas: soma, subtração e multiplicação.
4. Álgebra de Boole. Definição e teoremas fundamentais.
5. Portas lógicas, tabela verdade e famílias lógicas: TTL e CMOS
6. Mapa de Karnaugh.
7. Flip-flops: RS, JK, D e T e diagramas de tempo.
8. Contador assíncrono e síncrono.
9. Circuito integrado 555. Monoestáveis e Astáveis
10. Memórias semicondutoras: RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash.
11. Conversores analógicos digitais (ADC) e digitais analógicos (DAC)
11. Dispositivos Lógicos Programáveis (CPLD e FPGA).
12. Ferramentas de Programação de Dispositivos.
4. Livro Texto
• TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S.. Sistemas
Digitais : princípios e aplicações. 8a ed. São Paulo:
Pearson - Prentice Hall, 2003.
6. Calendário ATPS
Orientação ATPSOrientação ATPS
Apresentação
ENG/TELECOM
03/03/JunhoJunho
Obrigatório
para TODOSTODOS
os professores
Orientação ATPSOrientação ATPS
Apresentação
ENG/TELECOM
03/03/JunhoJunho
Obrigatório
para TODOSTODOS
os professores
7. QUEM SOU EU???
• Adriano Amaral
• Mestrado em Engenharia, aplicação de Sistemas Dinâmicos
• Diretor de Multinacional Chinesa – Huawei
• Engenheiro de formação
!
• Mas e daí!?!?!?
• Amante de Metafísica, de música, de livros, fillmes...
• De Passeios e viagens...
29. Paramos
por
ai?
• Maecenas aliquam maecenas ligula nostra,
accumsan taciti. Sociis mauris in integer
• El eu libero cras interdum at eget habitasse
elementum est, ipsum purus pede
• Aliquet sed. Lorem ipsum dolor sit amet, ligula
suspendisse nulla pretium, rhoncus
52. Problema de Lógica
• O dono do Sedan está em uma das pontas.
• O garoto de 19 anos está exatamente à direita de quem
pretende comer 9 pedaços.
• O dono do SUV está exatamente à esquerda do dono do
Sedan.
• Na segunda posição está o dono da Pickup.
• O dono do Crossover está na terceira posição.
• Quem está usando a camisa Azul está exatamente à
direita do dono do Hatch.
• Quem pretende comer 6 pedaços está na quinta
posição.
• O rapaz que pretende comer 9 fatias está em algum
lugar à direita daquele que está de Verde.
• Quem gosta da pizza de Calabresa está exatamente à
esquerda de quem pretende comer 5 fatias.
• O rapaz que quer comer 7 pedaços está à esquerda do
que quer comer 5.
• O amigo de 27 anos está exatamente à direita do que
gosta da pizza de Quatro queijos.
• Na quinta posição está quem gosta da pizza
Portuguesa.
• Leandro está exatamente à direita de quem gosta da
pizza de Frango.
• O rapaz que gosta da pizza de Brigadeiro está em
algum lugar entre o que gosta da pizza de Frango e o
que gosta da pizza de Quatro queijos, nessa ordem.
• O amigo de 22 anos está em algum lugar entre o Gabriel
e o amigo mais jovem, nessa ordem.
• Na segunda posição está o rapaz de 29 anos.
• Vinicius está na quarta posição.
• O dono da Pickup está ao lado do amigo de 22 anos.
• O rapaz de Azul está em algum lugar entre o amigo mais
velho e o que pretende comer mais, nessa ordem.
• Maurício está em algum lugar à direita de quem está de
Azul.
• Renato está exatamente à esquerda de Leandro.
• O rapaz de Branco está exatamente à direita de quem
pretende comer 9 fatias.
• O amigo de Vermelho está em algum lugar à esquerda
do amigo de Amarelo.
64. FERRAMENTAS
• Mapa Mental
• Comece com a Empatia
• Olhe com o olhar do outro...
• Use situações análogas
• Exemplo: Emergência Hospitalar e a Equipe de Fórmula 1
• Olhe para o usuário extremo não o comum
• Exemplo: Cozinhando como crianças
• Contar Histórias esse é o caminho para a mudança
• Contradição: Sala pequena par quem idealiza, sala grande para os projetos
74. Mundo Analógico e Digital
• Sistemas Analógico: onde as variáveis assumem valores contínuos:
• As magnitudes físicas são analógicas em sua maioria
• Sistemas Digitais: onde as variáveis assumem valores discretos:
• Valores discretos chamados de dígitos
• Precisão limitada (simplificação da realidade)
• Digital é mais fácil de manipular
• Mundo analógico convertido em digital através de processos de
amostragem
75. Sistemas Binários
• Sistemas que assumem apenas 2 valores
• Digitos Binários são chamados de “bits”
• São representados por símbolos: Alto e Baixo, Algo
e não Algo, 0 e 1
• Porque usar o sistema binário:
• Mais confiável: imune a ruídos
• Fácil de manipular, pois possuem apenas 2 valores
76. Sistemas Numéricos
• Números são representados usando dígitos
• O sistema mais comum é o decimal
Number Systems
! Numbers are represented using digits
! The system we commonly use is decimal:
• N = an 10n + an-1 10n-1 + … + a1 10 + a0
• Example: 27210 = 2*102 + 7*10 + 2
! The same representation can be used with different
bases:
Digit Weight
78. Sistemas Numéricos
• Em um sistema usando base “b”, os possíveis dígitos são:
• 0,1,2…, b-1
• Usando “n”digitos, bn
de diferentes números possíveis que
podem ser representados de 0 a bn
-1
• Está representação pode ser usado por números não naturais
também:
• Exemplo: 727,2310=7*102
+2*101
+7*100
+2*10-1
-3*10-2
• Os números usados nos sistemas digitais são binários (b=2),
octogonais (b=8) e hexadecimais (b=16)
79. Sistema Binário
• Neste sistema a base é 2
• Os possíveis dígitos são 0 e 1. Um digito no sistema
binário é denominado “bit
• 2n
diferentes números pode ser representado usando
“n" bits
• O bit de maior peso é chamado “Bit Mais
Significativo” (MSB) e o de menor peso “Bit Menos
Significativo” (LSB)
Binary System
! In this system the base is 2.
• Possible digits are 0 and 1. A digit in binary system is named
“bit”.
• 2n different numbers can be represented using n bits.
! The bit with highest weight is called MSB (“Most
Significant Bit”), and the lowest weighted bit is called
LSB (“Least Significant Bit”)
• Example: 10010102 = 1*26 + 1*23 + 1*21 = 7410
MSB LSB
Usually the most significant bit is written to the
left, and the least significant bit is written at the
right
80. Sistema Octogonal
• Sistema de base = 8
• Digitos são: 0,1,2,3,4,5,6,7
• 8n
são os números que podem representados com n bits
• Está diretamente relacionado com o sistema binário (8 é potência
de 2, 23
=8)
• Este relacionamento permite a fácil conversão entre binários e
octogonais
• Exemplo:
Octal Number System
! In this system the base is 8
• Digits are 0,1,2,3,4,5,6,7
• 8n different numbers can be represented with n digits
! It is related to the binary system (8 is a power of 2,
23=8)
• This relationship allows to convert easily from octal to binary
and from binary to octal.
! Example:
1378 = 1*82 + 3*81 + 7*80 = 9510
81. Sistema Hexadecimal
• Sistema de base 16
• Os dígitos são: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
• Também relacionado com o binário (24
=16)
• O digito Hexadecimal pode ser representado por 4 bits (devido
24
=16). Um digito hexadecimal pode ser denominado “nibble"
• 2 dígitos hexadecimais equivalem a 8 bits, um grupo de 8 bits é
denominado “byte"
• Notações: 23AF16 = 23AFh = 23AFhex = 0x23AF = 0x23 0xAF
• Exemplo:
Hexadecimal Number System
! In this system de base is 16.
• Digits are 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F.
• It is related to binary system as well (24=16)
• A hexadecimal digit allows to represent the same as 4 bits
(because 24=16). An hexadecimal digit can be named as
“nibble”.
• Two hexadecimal digits are equivalent to 8 bits. A set of 8
bits, or equivalently 2 hexadecimal digits, are called “byte”.
! Notations: 23AF16 = 23AFhex = 23AFh = 0x23AF = 0x23 0xAF.
! Example: 23AFh = 2*163 + 3*162 + 10*16 +15 = 913510
82. Conversão de bases
• Conversão de qualquer sistema para decimal:
Number Systems Conversions
! Conversion from any system to decimal:
• N = an bn + an-1 bn-1 + … + a1 b + a0
• Examples:
• 10010102 = 1*26 + 1*23 + 1*21 = 7410
• 1378 = 1*82 + 3*81 + 7*80 = 9510
• 23AFh = 2*163 + 3*162 + 10*16 +15 = 913510
! Conversion from decimal to any other system:
• Weight decomposition
• Repeated division
84. Decomposição por pesos
• O número é decomposto na base de destino
• Este método é útil para sistema com bases
conhecidas, por exemplo o binário: 1, 2, 8,16, 32,
64, 128, 256…
• Exemplo:
Weight Decomposition
! The number is decomposed in powers of the base.
• The nearest power of the base (lower) is searched.
• Iteratively, powers of the base are been searched so that the
them is the decimal number to convert
• Finally, the weights are used to represent the number in the d
! This method is only useful for systems with well know
For example, for binary system: 1, 2, 8, 16, 32, 64, 1
! Example:
• 2510 = 16 + 8 + 1 = 24 + 23 + 20 = 110012
85. Divisões Repetitivas
• O número e o cociente da divisão anterior é dividido sucessivamente pela
base de destino
• O último cociente é o MSB
• Os restantes são os outros bits, até o LSB
• Exemplo
The number and the quotients in previous divisions are divided
repeatedly by the destination base
• The last quotient obtained is the MSB
• The remainders are the other bits, the first one corresponding to the LSB.
Example:
This method is more general than the previous one. It can be
used for any base conversion
Repeated Division
25 2
1 12 2
0 6 2
0 3 2
1 1
MSB
LSB
2510 = 110012
86. Números Reais
• O mesmo pode ser realizado para números reais
• Separa-se a parte inteira da parte decimal
• Divisão sucessivas para a parte inteira
• Um método análogo para decimal, multiplicação
sucessivas pela base
88. Outros Métodos de
Conversão
• Fácil Conversão por serem de mesma base (variando
a potência)
• Octogonal para Binário: Converte cada digito em 3
bits:
!
• Binário para Octogonal: Agrupa 3 bits
her conversion methods
ctal and Hexadecimal number systems are related with binar
ecause their bases are exact powers of the binary base. This
ery easy the conversion between these systems and binary.
OCTAL to BINARY: Convert each digit into binary (3 bits each digit)
• Example: 7358 = 111 011 1012
BINARY to OCTAL: Gruop
• Example: 1 011 100 0112 = 13438
HEXADECIMAL to BINARY: Convert each digit into binary (4 bits each dig
• Example: 3B2h = 0011 1011 00102
her conversion methods
ctal and Hexadecimal number systems are related with binary
ecause their bases are exact powers of the binary base. This makes
ery easy the conversion between these systems and binary.
OCTAL to BINARY: Convert each digit into binary (3 bits each digit)
• Example: 7358 = 111 011 1012
BINARY to OCTAL: Gruop
• Example: 1 011 100 0112 = 13438
HEXADECIMAL to BINARY: Convert each digit into binary (4 bits each digit)
• Example: 3B2h = 0011 1011 00102
89. Códigos Binários
• São códigos que usam 0 e 1 para representar a informação
• Informação pode ser:
• Numeros Naturais
• Inteiros
• Reais
• Caracteres Alfanuméricos e Simbolos
• A mesma informação pode ser representada usando diversos
códigos
90. Codigo Natural
• Codigo binário que usa a representação de
números naturais como binários
• Codigo mais simples
• Simples e pode ser feito porque para os números
naturais é simples ilustrar usando apenas 0 e 1
• Notação:
• 1001BIN = 10012
91. Códigos BCD - Codigo
Binário Decimal
• 4 bits são usados para representar cada número
decimal
• O mais comum é o BCD natural (existem outros)
92. Códigos BCD - Codigo Binário
Decimal
• Exemplos:
• 7810 = 0111 1000BCD
• O códice BCD pode ser
diferente do número natural
• 7810 = 10011102
• Contras: Nem todo códice BCD
existe: 1110BCD não existe
• Pros: Fácil converter números
naturais
s Entrena, Celia López, Mario García, Enrique San Millán. Universidad Carlos III de Madrid, 2008 20
BCD Codes ( Binary-Coded
Decimal )
! They are an alternative to the natural binary code for
representation of natural numbers
! A 4-bit encoding is assigned to each decimal digit. A
decimal number is encoded in BCD code digit to digit.
! The most common BCD code is natural BCD
(there are other BCD codes).
! Example:
• 7810 = 0111 1000BCD
! The BCD encoding of a number may be different to the
natural binary encoding
• 7810 = 1001110BIN
! CONS: No all encodings correspond to a binary BCD
encoding. For example,1110BCD does not exist.
! PRO: It is easy to convert natural numbers to BCD.
Decimal
digit
BCD code
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
93. Codigos Progressivos e
Adjacentes
• Dois códigos são adjacentes quando há apenas um bit diferente entre eles:
• 0001 e 0000 são adjacentes porque o ultimo bit é diferente
• 0001 e 0010 não são pois os 2 últimos dígitos são diferentes entre si
• O código é progressivo se todos os códigos consecutivos forem adjacentes
• O código natural não é adjacente pois 0001 (110) e 0010 (210) não são
adjacentes
• O código é cíclico quando o primeiro e o ultimo código forem adjacentes
• Codigo Gray
• Codigo Johnson
94. Codigo Gray
• Exemplo de código
gray de 3 bits
• Progressivo e cíclico
Gray Code
! Gray codes are progressive and cyclic
! Example: 3-bit Gray Code
Decimal
Gray
Code
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 1
3 0 1 0
4 1 1 0
5 1 1 1
6 1 0 1
7 1 0 0
A
e
a
97. Código Johnson
• Outro cíclico e progressivo
ohnson Codes
is another progressive and cyclic code
each encoding, zeros are grouped to the left and ones to the righ
r vice versa.
xample: 3 bits Johnson code
Decimal Johnson
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 1
3 1 1 1
4 1 1 0
5 1 0 0
98. Código Alfanumérico
• Eles podem representar diferentes símbolos:
• Números
• Letras Maiúsculas e Minúsculas
• Marcas de pontuação
• Caracteres de Controle (Espaço, pular linha, etc…)
• Outros Símbolos Gráficos
• Um código alfanumérico para representar 10 números + 26 letras do alfabeto (minuscula e
maiúscula = 52) precisa de 6 bits
• Os códigos mais comuns são:
• ASCII Code (7 bits)
• ASCII Extendido (8 bits)
• Unicode (8-32 bits)
99. ASCII Codes
• American Standard Code for Information
Interchange, nasceu em 1963
• O padrão de 7 bits (128 caracteres)
• O padrão estendido (256 caracteres) varia de
região para região
102. Algebra Booleana
• Em álgebra abstrata, álgebras booleanas (ou
álgebras de Boole) são estruturas algébricas que
"captam as propriedades essenciais" dos
operadores lógicos e de conjuntos, ou ainda
oferece um estrutura para se lidar com
“afirmações"
http://pt.wikipedia.org/wiki/Álgebra_booliana
103. Dominio Booleano
• “0” não é igual ao número zero, mas ao conceito
de NADA
• “1” não é igual ao número “1”, mas ao conceito de
algo
• 1+1=2 (FALSO)
• Algo+Algo = Algo
104. Postulados Booleanos
• Lei Composição Interna
• ∀ a,b ∈ B a+b ∈ B, a*b ∈ B
• Elementos Naturais
• ∀ a ∈ B, ∃ Elemento Neutro tal que ( 0 e 1 respectivamente:
• a+0 = a
• a*1 = a
• Propriedade Comutativa
• ∀ a, b ∈ B a+b = b+a, a*b = b*a
• Propriedade Distributiva
• ∀ a,b,c ∈ B a+b*c = (a+b)*(a+c), a*(b+c) = a*b+a*c
105. Postulados Booleanos
• Propriedade Comutativa
• ∀ a, b ∈ B
• a+b = b+a
• a*b = b*a
• Propriedade Distributiva
• ∀ a,b,c ∈ B
• a+b*c = (a+b)*(a+c)
• a*(b+c) = a*b+a*c
107. Propriedades da Algebra
Booleana
• Dualidade: Para cada lei existe um dual, que é obtido repondo:
0 ⬌ 1, + ⬌ *
• Potências Iguais
• a+a= a
• a*a= a
• Anulação
• a+1 = 1
• a*0 = 0
108. Prova:
trena, Celia López, Mario García, Enrique San Millán. Universidad Carlos III de Madrid, 2008
Duality: Every valid law has its dual, which is
obtained by replacing 0 ↔ 1 and + ↔ •
Idempotence
• ∀ a ∈ B ⇒ a + a = a
a • a = a
• Proof:
Anihilation
• ∀ a ∈ B ⇒ a + 1 = 1
a • 0 = 0
aa1a)(a)aa)(a(aaaa0aa +=•+=++=+=+=
119. Teorema de Shannon
• Toda função booleana pode ser expressada pela
soma dos seus Mintermos ou pelo produto dos
seus Maxitermos, vezes o valor final da função
121. 2a Forma Canonica
(Maxitermos)
is Entrena, Celia López, Mario García, Enrique San Millán. Universidad Carlos III de Madrid, 2008 18
Second canonical form
! A function can be expressed as the product of all
maxterms for which the function evaluates to 0
a b c f
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
)cba)(cba(
)cba)(cba)(cba(
),,,,(M),,,,()c,b,a(f
++++
++++++=
=== ∏∏
33
7643176431
ATTENTION: minterms use the opposite rule!
Second canonical form
! A function can be expressed as the product of all
maxterms for which the function evaluates to 0
a b c f
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
)cba)(cba(
)cba)(cba)(cba(
),,,,(M),,,,()c,b,a(f
++++
++++++=
=== ∏∏
33
7643176431
ATTENTION: minterms use the opposite rule!
122. Então…
• Se o motorista estiver presente e não estiver
usando cinto, e a ignição estiver acionada, então
acenda a luz de advertência…qual é a função?
123. Portas Lógicas
• As portas lógicas são circuitos que realizam as
funções booleanas
ia López, Mario García, Enrique San Millán. Universidad Carlos III de Madrid, 2008 19
c gates
c gates are electronic circuits that implement the
c functions of Boolean Algebra
e is a symbol for each gate
a
0
1
a
0 1
1 0
ty ! NOT gate or inverter
az =
a
129. Portas Lógicas
• Características
• As entradas não estão limitadas a 2, podem ter
quantas entradas forem necessárias
• A saída é sempre única
Copyleft Rossano Pablo Pinto 4
Portas Lógicas
● Características
– As estradas não estão limitadas a 2. Podem
ter quantas entradas forem necessárias.
– A saída é sempre única
1
2
3
n
....
131. Circuitos Digitais
• As portas lógicas são circuitos digitais
• Os níveis lógicos são representados pelo nível de tensão
• Lógica Positiva (tensão maior que zero) são a comumente
usada
• Alta Tensão (5V, 3.3V, 2,5V, etc…) - 1
• Baixa Tensão (0V) - 0
• Existem várias tecnologias, dependendo da forma como os
circuitos são implementados e as funcionalidades obtidas em
cada implementação
132. Familias de Circuitos
• O que veremos principalmente nesse curso que implementa a
maior variedade de circuitos que serão estudados é a Familia 74xx
• A várias sub-familias:
• De acordo com a variação de temperatura:
• 74xx - 00
a 700
• 54xx - -550
a 1250
• De acordo com a tecnologia
• LS, ALS, F, HC,
133.
134. Familias Lógicas
• Denominação
• <Série><SubFamilia><Componente>
• Exemplo: 74HC00
• 74xx: Série com range convencional de
temperatura
• Subfamilia HC (High Speed CMOS)
• Componente 00: 4 portas NAND, 2 entradas
135. • 7400: Quatro portas NAND de duas entradas
• 7401: Quatro portas NAND de duas entradas com
coletor aberto
• 7402: Quatro portas NOR de duas entradas
• 7403: Quatro portas NAND de duas entradas com
coletor aberto
• 7404: Seis inversores (porta NOT)
• 7405: Seis inversores (porta NOT com saídas com
coletor aberto
• 7406: Seis Buffer/Driver inversores com saídas de
30V com coletor aberto
• 7407: Seis Buffer/Driver com saídas de 30V com
coletor aberto
• 7408: Quatro portas AND de duas entradas
• 7409: Quatro portas AND de duas entradas com
coletor aberto
• 7410: Três portas NAND de três entradas
• 7411: Três portas AND de três entradas
• 7412: Três portas NAND de três entradas com
coletor aberto
• 7413: Duas portas NAND de quatro entradas
Schmitt trigger
• 7414: Seis inversores Schmitt trigger
• 7415: Três portas AND de três entradas com
coletor aberto
• 7416: Seis Buffer/Driver inversores com saídas de
15V com coletor aberto
• 7417: Seis Buffer/Driver com saída de 15V com
coletor aberto
• 7419: Seis inversores Schmitt trigger
• 7420: Duas portas NAND de quatro entradas
• 7421: Duas portas AND de quatro entradas
• 7422: Duas portas NAND de quatro entradas com
coletor aberto
• 7423: Duas portas NOR de quatro entradas com
strobe expansíveis
• 7425: Duas portas NOR de quatro entradas com
strobe
• 7426: Quatro portas NAND de duas entradas com
saídas de 15V com coletor aberto
• 7427: Três portas NOR de três entradas
• 7428: Quatro portas NOR de duas entradas
• 7430: Uma porta NAND de oito entradas
• 7431: Seis elementos de atraso
139. Funcionalidades
• Principais:
• Range de Temperatura
• Tensão de Entrada
• Margem de Ruído (intervalo associado a cada valor lógico)
• Atraso de Mudança de Estado
• Potência/Consumo
• Outros
140. Atraso
• Os circuitos lógicos não variam automaticamente;
• O Atraso limita a velocidades de operação do circuito;
Delays
! Logic gates do not switch immediately
V
t
V
t
tp
Ideal inverter Real inverterInversor Ideal Inversor Real
141. Consumo/Potência
• Os circuitos consomem energia
• Potência Estática: tomada quando circuito está ligado independente da
atividade lógica
• Potência Variável: tomada no chamamento dos circuitos lógicos
• Nas tecnologias CMOS (mais usadas atualmente) o consumo estático é muito
baixo, entretanto:
• Circuitos modernos podem ter bilhões de portas lógicas (10
9
)
• A potência variável varia de acordo com a frequência de operação
• O consumo é um problema fundamental: pois está associado ao aquecimento
dos circuitos, bem como aos sistemas de dissipação, sistemas móveis por
exemplo devem ser bem desenhados para evitar isso!
142. Tecnologia CMOS
• CMOS - Complementar Metal-Oxido-Semicondutor,
é a mais comumente utilizada
• Ela se baseia:
• Em transistores MOSFET: chamamento
controlado por tensão
• Complementar: para cada chave/transistor a um
complementar. Quando um está aberto, o outro
está fechado e vice-versa!