1

2019-1 1

Aula 10 – O 555 & Introdução aos

Circuitos Digitais

2019-1 2

O 555

• Circuito Integrado– Temporização

– Oscilador

• Surgimento– Projeto

• 1970

– Comercialização• 1971

– Empresa • Signetics comprada pela Phillips

– Batizado “The IC Time Machine” (fonte: Wikipedia)

– Sansung produziu 1 bilhão de peças em 2003

• Datasheet (clique aqui)

2

2019-1 3

Configuração Interna

2019-1 4

Funcionamento

http://courses.ncsu.edu:8020/ece480/common/htdocs/480_555.htm

3

2019-1 5

Saída do 555

• O 555 pode fornecer até 200 mA na saida– Pode acionar

• LEDS

• RELES

• Transitores de potencia

• Autofalantes

2019-1 6

Configurações

• Oscilador astável

T = time period in seconds (s) f = frequency in hertz (Hz) R1 = resistance in ohms (Ω) R2 = resistance in ohms (Ω) C1 = capacitance in farads (F) The time period can be split into two parts: T = Tm + Ts

Mark time (output high): Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1

Space time (output low): Ts = 0.7 × R2 × C1

( )( ) 121

121 ..2

44,1 e ..2.7,0

CRRfCRRT

+=+=

De: http://www.kpsec.freeuk.com/555timer.htm

4

2019-1 7

• Astável com duty-cycle variável

Tm = 0.7 × R1 × C1 (ignoring 0.7V across diode)Ts = 0.7 × R2 × C1 (unchanged)

Duty cycle with diode = Tm

=R1

Tm + Ts R1 + R2

De: http://www.kpsec.freeuk.com/555timer.htm

2019-1 8

• Mono estável– Produz um único pulso quando acionado

– Mono estável estável em apenas um estado • Saída baixa (0)

– Saída alta (1) é apenas temporária

– Tempo de duração da saída alta (1)

11..1,1 CRT =

5

2019-1 9

• Operação do mono estável

– Reset na ligação (power-on) ou gatilho (trigger)• A carga do capacitor atrasa o gatilho quando a alimentação é ligada

• O botão permite gatilhamento posterior

2019-1 10

– Gatilhamento por transição (edge-triggering)• Neste caso gatilhamento negativo

– No caso anterior se a tensão no pino dois permanecer menor que 1/3 cd Vcc a saida do 555 permanece alta (1).

• Isto é um problema que pode ocorrer com interruptores liga-desliga, mas não tipo campainha

– O detector de transição resolve este problema• O sinal de gatilho só ocorre na descarga do capacitor

6

2019-1 11

Outros circuitos

2019-1 12

7

2019-1 13

2019-1 14

8

2019-1 15

O 556 (2 x 555)

• Duplo 555

• Datasheet (clique aqui)

2019-1 16

Eletrônica Digital - Introdução

9

2019-1 17

O Sistema Binário de Numeração

• Binário 2 algarismos– O algarismo 0 (zero)

– O algarismo 1 (um)

• Representação de um número– Sistema Decimal

• Ex.: 5432

• Resultado = 5 x 103 + 4 x 102 + 3 x 101 + 2 x 100 = 5432

– Sistema Binário• Ex.: 101101

• Resultado = 1 x 25 + 0 x 24 + 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 32 + 0 + 8 + 4 + 1 = 45

Algarismo 5 4 3 2Multiplicador 103 102 101 100

Algarismo 1 0 1 1 0 1

Multiplicador 25 24 23 22 21 20

2019-1 18

• Multiplicadores no sistema Binário– Equivalências no sistema decimal

• Tabela de Números Binários

Multiplicador 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20

Valor (Decimal) 8192 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1

23 22 21 20 Valor (Decimal)

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

0 1 0 1 5

0 1 1 0 6

0 1 1 1 7

1 0 0 0 8

1 0 0 1 9

1 0 1 0 10

1 0 1 1 11

1 1 0 0 12

1 1 0 1 13

1 1 1 0 14

1 1 1 1 15

10

2019-1 19

O Sistema Hexadecimal de Numeração

• Binário (sistemas lógicos digitais)– Dois algarismos:

• 0 (zero) e 1 (um)

• Decimal (usado no dia-a-dia)– Dez algarismos:

• 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

• Hexadecimal (usado em sistemas lógicos digitais mais complexos)– Dezesseis algarismos:

• 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A.B,C,D,F (misto de números e letras)

2019-1 20

Equivalências nos 3 sistemas de numeração

• Estas tabelas de equivalências são extremamente úteis

Valor (Binário)

23 22 21 20 Valor (Decimal) Valor (Hexadecimal)

0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 1 1

0 0 1 0 2 2

0 0 1 1 3 3

0 1 0 0 4 4

0 1 0 1 5 5

0 1 1 0 6 6

0 1 1 1 7 7

1 0 0 0 8 8

1 0 0 1 9 9

1 0 1 0 10 A

1 0 1 1 11 B

1 1 0 0 12 C

1 1 0 1 13 D

1 1 1 0 14 E

1 1 1 1 15 F

11

2019-1 21

• Representação de um número– Sistema Decimal

• Ex.: 12737391

– Sistema Binário

• Ex. (mesmo número): 110000100101101101101111

• Para facilitar a visualização e conversão– 1100 0010 0101 1011 0110 1111 – Procurando na tabela anterior temos

– C 2 5 B 6 F

• Resultado:– = 12 x 165 + 2 x 164 + 5 x 163 + 11 x 162 + 6 x 161 + 15 x 160

– = 12 x 1048576 + 2 x 65536 + 5 x 4096 + 11 x 256 + 6 x 16 + 15 x 1

– = 12582912 + 131072 + 20480 + 2816 + 96 + 15

– = 12737391

Algarismo (Hex) C 2 5 B 6 FAlgarismo (Dec) 12 2 5 11 6 15Multiplicador 165 164 163 162 161 160

2019-1 22

Funções Lógicas e Portas Lógicas

• George Boole– Nascido na Inglaterra em 1814

– Principal obra• An Investigation of the Laws of Thought: On Which Are Founded the Mathematical Theories

of Logic and Probabilities (1854)– Visava estudar o funcionamento de cérebro e expressa-lo em forma matemática

– O seu sistema funcionava baseado em duas condições lógicas• Falso

• Verdadeiro

– Dois níveis : dois estados : dois algarismos• Estado zero (0) : falso, porta fechada, aparelho desligado, tensão nula, chave aberta, não,....

• Estado um (1): verdadeiro, porta aberta, aparelho ligado, tensão não nula, chave fechada, sim,....

12

2019-1 23

Funções Lógicas

• Função “E” ou “AND”– Função que executa uma multiplicação de duas ou mais variáveis binárias

– S = A . B ou S = A E B ou S = A AND B

– Circuito exemplo

– Convenção• Chave aberta = 0

• Chave fechada = 1

• Lâmpada apagada = 0

• Lâmpada acesa = 1

– Tabela Verdade

A B

A B S0 0 00 1 01 0 01 1 1

2019-1 24

• Porta “E” ou “AND”– É um circuito que executa a função E ou AND– Símbolo

– Operação• S = A . B

– Tabela verdade

• Porta “E” ou “AND” com múltiplas entradas– Ex.: 4 entradas

– Operação• S = A . B . C . D

– Tabela verdade

A

BS

A B S0 0 00 1 01 0 01 1 1

A

B S

C

D

A B C D S

0 0 0 0 00 0 0 1 00 0 1 0 00 0 1 1 00 1 0 0 00 1 0 1 00 1 1 0 00 1 1 1 01 0 0 0 01 0 0 1 01 0 1 0 01 0 1 1 01 1 0 0 01 1 0 1 01 1 1 0 01 1 1 1 1

13

2019-1 25

• Função “OU” ou “OR”– Função que executa uma soma de duas ou mais variáveis binárias

– S = A + B ou S = A OU B ou S = A OR B

– Circuito exemplo

– Convenção• Chave aberta = 0

• Chave fechada = 1

• Lâmpada apagada = 0

• Lâmpada acesa = 1

– Tabela Verdade

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 1

A

B

2019-1 26

• Porta “OU” ou “OR”– É um circuito que executa a função OU ou OR– Símbolo

– Operação• S = A + B

– Tabela verdade

• Porta “OU” ou “OR” com múltiplas entradas– Ex.: 3 entradas

– Operação• S = A + B + C

– Tabela verdade

A

BS

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 1

A

BS

C

A B C S

0 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 11 0 0 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1

14

2019-1 27

• Função “NÃO” ou “NOT”– Função complemento ou que inverte o estado da variável

•

– Circuito exemplo

– Convenção• Chave aberta = 0

• Chave fechada = 1

• Lâmpada apagada = 0

• Lâmpada acesa = 1

– Tabela Verdade

A0 11 0

AS =

A

R

AS =

AS =

2019-1 28

• Porta “NÃO” ou “NOT”– É um circuito que executa a função NÃO ou NOT

– Símbolos

– Operação•

– Tabela verdade

A0 11 0

A S = A

após um outro bloco lógico

antes de um outro bloco lógico

AS =

AS =

15

2019-1 29

• Porta “NE” ou “NAND”– É um circuito que executa a função NE ou NAND

– Símbolo

– Operação•

– Tabela verdade

• Porta “NOU” ou “NOR”– É um circuito que executa a função NOU ou NOR

– Símbolo

– Operação•

– Tabela verdade

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

( )BAS +=

( )A.BS =

A

BS

A

BS

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 0

2019-1 30

Exemplo de circuito complexo

D

C

S

A

B

( )B.A

( ).BA

( ) ( ) CB.AB.A ++

( )DC +

( ) ( )( ) ( )DC . CB.AB.A +++

16

2019-1 31

Análise do Circuito

A B C D

0 0 0 0 1 1 0 1 0

0 0 0 1 1 1 1 1 1

0 0 1 0 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 1 0 0 0 1 0 1 0

0 1 0 1 0 1 1 1 1

0 1 1 0 0 1 1 1 1

0 1 1 1 0 1 1 1 1

1 0 0 0 1 0 0 1 0

1 0 0 1 1 0 1 1 1

1 0 1 0 1 0 1 1 1

1 0 1 1 1 0 1 1 1

1 1 0 0 1 1 0 1 0

1 1 0 1 1 1 1 1 1

1 1 1 0 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1

( )B.A( ).BA ( ) ( ) CB.AB.A ++( )DC + ( ) ( )( ) ( )DC . CB.AB.AS +++=

2019-1 32

Simplificação do circuito

D

C

S

A

B

( )B.A

( ).BA

( ) ( ) CB.AB.A ++

( )DC +

( ) ( )( ) ( )DC . CB.AB.A +++

Simplifica para

D

C

( )DC +

S

17

2019-1 33

Mais algumas funções

• Porta “OU EXCLUSIVO” ou “EXCLUSIVE OR” – EXOU ou XOR

A

B

S

.BA

BA.

BAS

.BABA.S

⊕=

+=

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 0

A

BS

2019-1 34

• Porta “E EXCLUSIVO” ou “EXCLUSIVE AND” – Função coincidência

A

B

S

B.A

A.B

BAS

B.AA.BS

⊗=

+=

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 1

A

BS

18

2019-1 35

Simplificação de Circuitos

PostuladosComplementação Adição Multiplicação

IdentidadesComplementação Adição Multiplicação

0A 1A

1A 0A

==

==

AA =

1 A A

AA A

1 1 A

A 0 A

=+

=+

=+

=+

0 A .A

AA .A

A 1 .A

0 0 .A

=

=

=

=

1 1 1

1 0 1

1 1 0

0 0 0

=+

=+

=+

=+

1 1 . 1

0 0 . 1

0 1 . 0

0 0 . 0

=

=

=

=

2019-1 36

Propriedades

Comutativa

Associativa

Distributiva

Teorema de Morgan

Outras Identidades

( ) ( )( ) ( ) C . B .A C . B .A C . B .A

CBACBACBA

==

++=++=++

A . B B .A

ABBA

=

+=+

( )( ) B . AB A

BAB .A

=+

+=

( ) C .A B .A CB .A +=+

( ) ( ) C . BACA . BA

BAB . AA

AB .A A

+=++

+=+

=+

19

2019-1 37

Exemplo de Simplificação

• Cujo circuito é

CA.B.C.BA.C.B.A.B.CAC.B.AS ++++=

C

S

AB

2019-1 38

• Simplificando

• usando a identidade

• usando o teorema de Morgan

• usando o teorema de Morgan

CA.B.C.BA.C.B.A.B.CAC.B.AS ++++=

( )A.BBA..BAB.A.C.B.CAS ++++=

( ) ( )( )BBA.BB.A.C.B.CAS ++++=

1 1( )AA.C.B.CAS ++=

1

( )C.B.CAS += AA =

( )( )C . .B.CAS =

( )( )C .CBAS ++= ( ) BAB .A +=

( ).CC.CBA.CS ++=

( ) B . AB A =+

0

20

2019-1 39

• usando o teorema de Morgan

• usando o teorema de Morgan

• Assim o circuito simplificado é

( ) BAB .A +=

( )( )BAC.S +=

( ) B . AB A =+

( )( )BACS ++=

( )B . ACS +=

C

S

A

B

2019-1 40

Diagramas de Veitch-KarnaughSimplificação de diagramas

• Diagrama de 2 variáveis

• Região na qual A = 1

• Região na qual A = 0 A = 1

• Região na qual B = 1

• Região na qual B = 0 B = 1

• Casos para 2 variáveis

•

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A B SCaso 1 0 0 0Caso 2 0 1 1Caso 3 1 0 1Caso 4 1 1 1

Caso 4Caso 3

Caso 2Caso 1A

B

A

B

A.BBA..BAS ++=

21

2019-1 41

Repetindo o exemplo anterior

• Tabela verdade Expressão de saída

A B C S0 0 0 10 0 1 00 1 0 10 1 1 11 0 0 11 0 1 01 1 0 11 1 1 0

CA.B.C.BA..B.CAC.B.AC.B.AS ++++=

Diagrama para 3 entradas

A

B

A

B

C C

1 0 1 1

1 0 0 1

C

2019-1 42

• Análise do Diagrama– Para o diagrama de 3 entradas

• Quadra uma das variáveis assume um valor fixo

• Par uma das variáveis assume valor fixo– Não pode ser um par interno da quadra mas pode incluir um elemento

– Expressão final

A

B

A

B

C C

1 0 1 1

1 0 0 1

C

Quadra C

A

B

A

B

C C

1 0 1 1

1 0 0 1

C

Par A.B

S = A.B + C

22

2019-1 43

Exemplo para 4 entradas

• Tabela verdade

• Diagrama

A B C D S0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 10 0 1 1 10 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0 00 1 1 1 11 0 0 0 11 0 0 1 11 0 1 0 01 0 1 1 11 1 0 0 11 1 0 1 11 1 1 0 01 1 1 1 1

A.B.C.D

.DCA.B.D.CA.B..C.DBA..DC.BA.D.C.BA.

.B.C.DA.DC.B.A.C.DB.AD.C.B.A.DC.B.AS

+

+++++

++++=

0 1 1 1

0 1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 0

D

CC

BA

D

B

B

A

D

2019-1 44

• Análise do Diagrama– Oitava

– Quadra

– Par

0 1 1 1

0 1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 0

D

CC

BA

D

B

B

A

D

Oitava D

0 1 1 1

0 1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 0

D

CC

BA

D

B

B

A

D

Quadra A.C

0 1 1 1

0 1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 0

D

CC

BA

D

B

B

A

D

Par A.B.C

23

2019-1 45

Original

Reduzido

2019-1 46

Famílias Lógicas

• Família TTL (Transistor Transistor Logic)– Introduzida inicialmente pela Texas Instruments

– 74### Uso geral 0oC – 70oC e Alimentação: 5 + 0,25 V

– 54### Uso militar -55oC – 125oC e Alimentação: 5 + 0,5 V

– Parâmetros importantes• VIL tensão de entrada que o CI interpreta como “0” lógico VIL <= 0,8 V

• VIH tensão de entrada que o CI interpreta como “1” lógico VIH >= 2,0 V

• VOL tensão de saída “0” lógico VOL <= 0,4 V

• VOH tensão de saída “1” lógico VOH >= 2,4 V

• IIL corrente na entrada com “0” lógico IIL <= -1,6 mA (negativo pois está entrando no CI)

• IIH corrente na entrada com “1” lógico IIH <= -40 µA (negativo pois está entrando no CI)

• IOL corrente na saída com “0” lógico IOL <= -16 mA (negativo pois está entrando no CI)

• IOH corrente na saída com “1” lógico IOH <= 400 µA (positivo pois está saindo no CI)

– FAN OUT• Significa o número de portas que podem ser alimentadas por uma por uma determinada porta.

– FAN IN• Carga que uma entrada representa para a saída que à esta alimentando

24

2019-1 47

• Margem de Ruído

• Atraso de propagação

0,4 V

0,8 V

2,0 V

2,4 V

VOL

VIL

VIH

VOH

margem de ruído no nível 1

margem de ruído no nível 0

VIN

VOUT1,5 V

1,5 V

1,5 V

1,5 V

tPHL tPLH

2pLHpHL

pd

ttt

+=

2019-1 48

Tipos de TTL

25

2019-1 49

Tipos de Saída

• Toten-Pole– Também conhecida como ACTIVE-PULL-UP

• Velocidade de comutação elevada

• Desvantagem Saídas não podem ser ligadas juntas a menos que sempre apresentem o mesmo estado lógico (se der 1 e 0 ou 0 e 1 a porta queima)

2019-1 50

• Open-Collector

• Velocidade de comutação mais baixa

• Permite ligar muitas saídas juntas

26

2019-1 51

• Tri-State

• Apresenta um estado de alta impedância no qual a saída esta desconectada do resto do circuito

• Muito usado em CIs que operam em computadores

2019-1 52

FIM