Apostila Sistemas Digitais

Apostila Sistemas Digitais

(Parte 1 de 10)

Sistemas Digitais I

Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

SISTEMAS DIGITAIS I Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

Universidade Santa Cecília 2

Como toda obra semelhante, esta também contém imperfeições e erros não detectados. Quem se dispuser a apontá-los, ou queira enviar críticas e sugestões, o endereço eletrônico é:

srbastos@unisanta.br http://www.unisanta.br/srbastos

SISTEMAS DIGITAIS I Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

Universidade Santa Cecília 3

1. SISTEMAS ANALÓGICOS E DIGITAIS4
2. SISTEMAS NUMÉRICOS7
2.1. Sistema Binário7
2.4. Códigos Binários12
3. ÁLGEBRA DE BOOLE E PORTAS LÓGICAS14
4. CIRCUITOS COMBINACIONAIS23
4.1. Mapas de “Veitch Karnaugh”23
4.2. Problemas de Lógica Booleana26
5. FUNÇÕES COM PORTAS NAND E NOR36
6. MÉTODO DE PARIDADE43
7. ARITMÉTICA DIGITAL46
7.2. Representação de Números com Sinal46
7.3. Adição no Sistema Complemento de 248
7.4. Subtração no Sistema Complemento de 249
7.5. Multiplicação de Números Binários49
7.6. Divisão Binária49
9. FAMÍLIAS LÓGICAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS61
9.1. A Família Lógica TTL (Transistor Transistor Logic)63
9.2. A Família Lógica MOS (Metal Oxide Semiconductor)71
10. ANEXO 1: LABORATÓRIOS82
1. ANEXO 2: PINAGEM DE CIRCUITOS INTEGRADOS100
12. ANEXO 3: RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS101

SISTEMAS DIGITAIS I Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

Universidade Santa Cecília 4

1. SISTEMAS ANALÓGICOS E DIGITAIS

Costuma-se dividir a Eletrônica em duas áreas: Eletrônica Analógica e Eletrônica Digital.

Uma maneira bem simples para se entender o conceito das palavras Analógico e Digital, é compararmos uma rampa com uma escada. Ao analisarmos a rampa, percebemos que uma pessoa poderá ocupar cada uma das infinitas posições existentes entre o início e o fim. No caso da escada, a pessoa poderá estar em apenas um dos seus degraus. Sendo assim, podemos dizer que a rampa pode representar um sistema analógico, enquanto que a escada pode representar um sistema digital.

Enquanto no voltímetro analógico o ponteiro pode ocupar infinitas posições entre o maior e menor valor da escala, no voltímetro digital os valores mostrados no display são discretos, isto é, existe um número finito de valores entre o maior e o menor valor da escala. Outro exemplo pode ser encontrado no ajuste de volume de um televisor. Ajustando o volume do televisor através de um botão conectado a um potenciômetro, teremos infinitas posições para escolher dentro da escala permitida. Porém, no controle remoto observamos que a intensidade do som muda em pequenos saltos e, em alguns modelos, aparece no vídeo o valor selecionado em uma escala previamente definida. Podemos dizer então que o "botão de volume" do televisor é uma entrada analógica, e que o ajuste de volume no controle remoto representa uma entrada digital.

Podemos concluir que a Eletrônica Analógica processa sinais com funções contínuas e a Eletrônica Digital processa sinais com funções discretas.

Vantagens das Técnicas Digitais

O grande crescimento da eletrônica está relacionado com o uso de técnicas digitais para implementar funções que eram realizadas usando-se os métodos analógicos. Os principais motivos da migração para a tecnologia digital são:

- Os sistemas digitais são mais fáceis de ser projetados. Isso porque os circuitos utilizados são circuitos de chaveamento, nos quais não importam os valores exatos de tensão ou corrente, mas apenas a faixa – Alta (High) ou Baixa (Low) – na qual eles se encontram.

- Fácil armazenamento de informação. Técnicas de armazenamento digitais podem armazenar bilhões de bits em um espaço físico relativamente pequeno. Já a capacidade de armazenamento de um sistema analógico é extremamente limitada.

- Maior precisão e exatidão. Nos sistemas analógicos, a precisão é limitada porque os valores de tensão e corrente são diretamente dependentes dos valores dos componentes do circuito, além de serem muito afetados por ruídos.

- Os circuitos digitais são menos afetados por ruídos. Flutuações espúrias na tensão (ruído) não são tão críticas em sistemas digitais, desde que o ruído não tenha amplitude suficiente que dificulte a distinção entre um nível Alto e um nível Baixo. - CIs (chips) digitais têm um grau maior de integração.

SISTEMAS DIGITAIS I Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

Universidade Santa Cecília 5

Limitações das Técnicas Digitais

Na verdade, há apenas uma grande desvantagem ao se utilizar as técnicas digitais: O mundo é quase totalmente analógico. Como exemplos temos a temperatura, a pressão, a posição, a velocidade, o nível de um líquido e a vazão. Para obter as vantagens das técnicas digitais quando tratamos com entradas e saídas analógicas, três passos devem ser seguidos:

1- Converter as entradas analógicas do mundo real para o formato digital. 2- Realizar o processamento da informação digital. 3- Converter as saídas digitais de volta ao formato analógico.

A figura abaixo mostra um diagrama de um sistema de controle de temperatura típico. Conforme o diagrama, a temperatura analógica é medida e o valor medido é em seguida convertido para digital. A informação digital é processada e convertida de volta para o formato analógico. Essa saída alimenta um controlador que comanda alguma ação para o ajuste da temperatura.

Conversor analógico/digital (ADC)

Dispositivo de medição (sensor)

Analógico Processamento

Digital

Digital

Conversor digital/analógico (DAC) Controlador

Analógico

Digital

Ajuste de Temperatura

Temperatura Analógica

Para simplificar ainda mais o processamento de sinais digitais, utiliza-se a técnica de numeração binária, que usa apenas dois símbolos para a representação de números. Se enumerarmos esses valores usando a numeração binária, teremos um Conjunto Universo com apenas dois elementos distintos para representarmos os sinais desejados. Isso quer dizer que num dispositivo digital eletrônico teremos o processamento de elementos que se apresentam em apenas dois valores. A esses conjuntos dá-se o nome de BITs (BInary DigiT) e BYTES (conjunto de 8 bits).

Ao se trabalhar com sistemas binários, utilizamos abreviações para certas potências de dois, como detalhadas abaixo.

Número de bits Valor Abreviação

= 1.0241 Kb (kilobit)
= 65.53664 Kb
= 1.048.5761 Mb (megabit)
= 1.073.741.8201 Gb (gigabit)

O sistema de numeração binário é o mais importante sistema de numeração em sistemas digitais. Porém, outros sistemas também são muito utilizados, sendo necessário uma maneira de se converter os valores de um sistema para outro. Esse assunto será discutido no próximo capítulo.

SISTEMAS DIGITAIS I Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

Universidade Santa Cecília 6

1 - Quais dos itens a seguir referem-se à forma de representação digital e quais se referem à analógica? a) Chave de dez posições. b) A corrente elétrica na tomada na parede. c) A temperatura de uma sala. d) Pedras dentro de um balde. e) Velocímetro de automóvel. f) Altitude de um avião. g) Corrente através de um alto-falante. h) Ajuste do temporizador de um forno de microondas.

2 - Qual a diferença entre as quantidades analógicas e digitais? 3 - Quais são as vantagens das técnicas digitais sobre as analógicas? 4 - Qual é a maior limitação para o uso das técnicas digitais?

SISTEMAS DIGITAIS I Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

Universidade Santa Cecília 7

2. SISTEMAS NUMÉRICOS

Muitos sistemas de numeração são usados na tecnologia digital. Os mais comuns são o decimal, o binário, o octal e o hexadecimal. O sistema decimal é naturalmente o sistema mais familiar para todos, uma vez que ele é uma ferramenta que utilizamos todos os dias.

Binário Octal Decimal Hexadecimal

(Parte 1 de 10)

Comentários