Roteiro do Experimento de Sistemas Digitais

Roteiro do experimento de Sistemas Digitais Introdução Este experimento da disciplina de Sistemas Digitais envolve os assuntos fundamentais relacionados a eletrônica digital como entradas e saídas digitais funções booleanas e portas lógicas Objetivos Os objetivos deste experimento é possibilitar ao discente desenvolver a habilidade através da montagem de circuitos digitais utilizando dispositivos eletrônicos de entrada e saída como chaves botões e LEDs Tem também o objetivo de apresentar aos alunos circuitos integrados digitais de forma a permitir a utilização das portas lógicas fundamentais Tem ainda o objetivo de exercitar os conhecimentos obtidos na disciplina teórica de Sistemas Digitais Fundamentação Nos circuitos eletrônicos digitais que implementam os sistemas digitais são utilizadas portas lógicas que são implementações eletrônicas das funções lógicas fundamentais Estas portas lógicas são implementadas na forma de circuitos integrados como este apresentado na figura a seguir Circuito Integrado Digital Todo circuito integrado é identificado por um código alfanumérico impresso na sua superfície Na figura acima o código do dispositivo é SN74HC04N Neste código as letras estão relacionadas ao nome do fabricante e a tecnologia de fabricação utilizada e os números estão relacionados a função lógica implementada Neste caso o circuito da figura implementa a função 7404 que é a implementação de 6 portas lógicas inversoras Esta regra não é válida para todos os circuitos integrados mas funciona para a maioria das portas lógicas e funções digitais Cada circuito integrado possui uma folha de dados datasheet que pode ser obtida na internet e que fornece todas as informações necessárias à sua utilização A figura a seguir mostra a folha de dados do 7404 Datasheet do 7404 Dentre as várias informações presentes no datasheet uma das mais importantes é a pinagem do circuito integrado ou seja a função de cada um dos pinos deste circuito Existem várias embalagens de circuitos integrados nos nossos experimentos serão utilizados principalmente circuitos integrados do tipo PDIP Nestes circuitos integrados os pinos são numerados no sentido antihorário iniciando pela marcação Veja a figura a seguir Numeração dos pinos do circuito integrado Existem circuitos integrados com números de pinos diferentes mas a lógica de numeração é sempre a mesma A partir da folha de dados é possível determinar a estrutura interna do circuito integrado e como ele pode ser utilizado veja na figura a seguir a pinagem do 7404 Circuito integrado 7404 Observando a figura notamos que o 7404 é composto internamente por 6 portas lógicas inversoras que podem ser utilizadas separadamente Por exemplo a entrada da primeira porta inversora é o pino 1 e a saída desta porta é o pino 2 Uma característica muito importante dos circuitos integrados é que eles necessitam de energia para funcionar ou seja eles devem ser alimentados normalmente com 5V As características elétricas de cada circuito estão na sua folha de dados mas na maioria dos nossos experimentos a alimentação é de 5V Principais circuitos integrados lógicos A tabela a seguir mostra os principais circuitos integrados e suas funções lógicas Estes circuitos serão utilizados nos próximos experimentos Porta Símbolo Função Tabela Verdade Circuito Integrado Inversora NOT 𝑦 𝑎 OU OR 𝑦 𝑎 𝑏 E AND 𝑦 𝑎 𝑏 Não OU NOR 𝑦 𝑎𝑏 Não E NAND 𝑦 𝑎𝑏 OU Exclusivo XOR 𝑦 𝑎 𝑏 Não OU Exclusivo XNOR 𝑦 𝑎𝑏 Parte experimental Projeto de um sistema de controle de movimento para uma ponte rolante Um modelo de ponte rolante é apresentado na figura a seguir O projeto consiste em um sistema digital que controle os movimentos desta ponte rolante Modelo da ponte rolante Desejase construir um circuito lógico para controlar o movimento de uma ponte rolante que se restringe a movimentos para a esquerda e para a direita Os movimentos são controlados através de um painel que contém dois botões normalmente abertos Um deles serve para movimentar o carro da ponte para a esquerda e o outro para a direita Como medida de segurança nas extremidades da ponte devem ser instalados sensores de fim de curso A metodologia de projeto consiste em A partir do problema identificar a lógica de operação convenções e atribuições as variáveis de entrada e as variáveis de saída Obter e tabelaverdade Obter a expressão booleana Simplificar a expressão booleana Montar o circuito lógico com portas lógicas Para o caso da ponte rolante têmse Variáveis de entrada o E Botão que determina movimento para a esquerda o D Botão que determina movimento para a direita o Se Sensor de fim de curso da extremidade esquerda o Sd Sensor de fim de curso da extremidade direita Variáveis de saída o Me motor ligado para a esquerda o Md motor ligado para a direita Determinação da lógica utilizada E1 botão do movimento para a esquerda acionado E0 botão do movimento para a esquerda não acionado D1 botão do movimento para a direita acionado D0 botão do movimento para a direita não acionado Se1 sensor de fim de curso da esquerda acionado Se0 sensor de fim de curso da esquerda não acionado Sd1 sensor de fim de curso da direita acionado Sd0 sensor de fim de curso da direita não acionado Me1 motor ligado tracionando para a esquerda Me0 motor desligado Md1 motor ligado tracionando para a direita Md0 motor desligado Metodologia Para a realização do experimento primeiramente é necessário obter a tabela verdade a partir da lógica de operação da ponte rolante Veja o modelo de tabela verdade para este problema a seguir Entrada Saída E D Se Sd Me Md 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 A partir desta tabela verdade devese então obter a expressão booleana equivalente Esta expressão deve então ser minimizada utilizando as técnicas estudadas na disciplina teórica Utilizando botões para as entradas e LEDs para as saídas esta função booleana deve então ser implementada no protoboard utilizando portas lógicas Deverá ser utilizado qualquer simulador de computador para montar o circuito projetado Comprovado o funcionamento do circuito prático um relatório deve ser elaborado e enviado para o professor via Classroom