Eletrônica Digital I TE050. Circuitos Combinacionais

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1 Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Eletrônica Digital I TE5 Circuitos Combinacionais Prof. Lúcio Mauro M. Tonon Circuitos Combinacionais Circuitos Combinacionais são circuitos digitais que, em um dado instante de tempo, o estado de todas as saídas depende apenas dos valores das entradas no mesmo instante de tempo. Isto é, não depende de seus valores passados. Este tipo de circuito lógico pode ser visto como uma caixa preta com N entradas e P saídas, conforme a figura abaixo: 2 Lúcio Mauro M. Tonon

2 Decodificadores Um decodificador de duas entradas e quatro saídas e sua tabela verdade são mostrados na figura abaixo. A característica importante do decodificador é que, para cada entrada A A, somente uma saída tem nível lógico. Isto significa que em qualquer instante uma das saídas é diferenciada das outras. Um decodificador de n entradas necessitaria 2 n portas e teria 2 n saídas. A A O O O2 O3 3 Decodificador 3x8 4 Lúcio Mauro M. Tonon 2

3 74XXX38 of 8 Decoder 5 Codificadores Um codificador é um circuito que efetua a operação inversa de um decodificador, ou seja, representa nas suas saídas o código binário do número da entrada que está ativa. Um codificador com 2N entradas tem N variáveis de saída. 6 Lúcio Mauro M. Tonon 3

4 Codificadores de prioridade Um codificador de prioridade é um circuito que representa nas saídas o código binário do número da entrada ativa com maior prioridade. Um codificador de prioridade com 2N entradas tem N variáveis de saída. Os codificadores de prioridade podem ter uma entrada adicional de enable (EN) que permite controlar (ativar/desativar) a função de codificação. Os codificadores de prioridade têm, normalmente, uma saída adicional que permite detectar a situação em que nenhuma das entradas está ativa. 7 Codificadores de prioridade 4 para 2 O codificador de prioridade de 4 para 2 da figura, designado por COD 4:2, tem 4 entradas (Y3, Y2, Y, Y), sendo a mais prioritária a entrada Y3 e a menos prioritária a entrada Y. Para além das saídas B e A, existe uma saída adicional EO que indica se pelo menos uma das entradas está ativa. 8 Lúcio Mauro M. Tonon 4

5 Mapas de Karnaugh para as saídas B, A e EO 9 Conversores de Códigos Freqüentemente, a informação disponível em forma codificada deve ser traduzida para um código diferente. Um circuito lógico que realiza esta tradução é chamado Conversor de Código. Um conversor de código pode ser construído ligando um decodificador e um codificador em cascata, conforme a figura abaixo: A A. An Decodificador Z Z.. Zm Codificador B B. Bk Lúcio Mauro M. Tonon 5

6 Decodificador de 7 segmentos Um exemplo interessante de conversor de código aparece em conexão com o dispositivo digital de display, chamado de Display de sete segmentos. Cada algarismo (ou dígito) é composto de sete barras de material semicondutor emissor de luz LED (ou de cristal líquido de absorção de luz), como pode ser visto na figura abaixo: Decodificador de 7 segmentos Essas barras são energizadas de forma seletiva no sentido de fornecer visualmente o dígito desejado. Para mostrar o número 2, por exemplo, os segmentos a, b, g, e e d são energizados. Como exercício, crie a tabela-verdade para a lógica que recebe um dígito BCD (dígitos BCD de entrada: w, x, y e z) como entrada e forneça as saídas de sete segmentos (cada dígito é formado pelas saídas ou de cada segmento: a, b, c, d, e, f e g) correspondentes aos dígitos do display, obedecendo a caixa preta abaixo: 2 Lúcio Mauro M. Tonon 6

7 Tabela Verdade para o número 2 Decimal BCD wxyz a b c d e f g Exercício Projete um circuito lógico combinacional, fazendo uso do Mapa de Karnaugh para minimizar as funções lógicas encontradas e desenhe o seu diagrama eletrônico com todas as portas necessárias para o segmento a A C D B Segmento a : /AC+/B/C/D+/A/B/D+/ABD+A/B/C 4 Lúcio Mauro M. Tonon 7

8 Multiplexador / Demultiplexador Um multiplexador ou seletor de dados é um circuito que permite selecionar uma dentre várias entradas como fonte de informação para uma única saída. A seleção de uma das entradas de dados é controlada por um conjunto de entradas adicionais (entradas de seleção). Uma das 2N entradas de dados é selecionada à custa de N entradas de seleção (MUX 2N:). Os multiplexadores podem ter uma entrada adicional de enable (EN) que permite controlar (ativar/desativar) a função de multiplexagem. 5 Multiplexador 4x com entrada adicional de enable 6 Lúcio Mauro M. Tonon 8

9 74XXX5 Dual 8-Line to -Line Data Selector/Multiplexer 7 Demultiplexador Um demultiplexador é um circuito que permite encaminhar seletivamente a informação aplicada numa única entrada para uma de várias saídas. Um demultiplexador de para 2N tem uma entrada, 2N saídas e N entradas de seleção. Realiza a função inversa de um multiplexador. 8 Lúcio Mauro M. Tonon 9

10 74XXX55 Dual of 4 Decoder/Demultiplexer 9 Circuitos comparadores Um circuito comparador permite determinar se dois números binários são iguais, e não o sendo, qual deles é o maior. 2 Lúcio Mauro M. Tonon

11 74XXX85 4 Bit Magnitude Comparator 2 Circuitos Aritméticos Um circuito somador é um circuito que produz a soma de dois números que lhe são fornecidos num determinado código binário. São vários os tipos de circuitos somadores em função do número de bits e do tipo de código binário utilizado nas parcelas e na respectiva soma. Considera-se, a título exemplificativo, apenas os circuitos somadores de números expressos em código binário natural. 22 Lúcio Mauro M. Tonon

12 Meio Somador ( half-adder ) Um circuito meio adicionador realiza a soma de dois números de um bit (Ai, Bi), produzindo, tal como acontece na soma com números decimais, um eventual transporte a ser considerado na posição seguinte (Ci+). 23 Somador completo ( full-adder ) Um circuito adicionador completo realiza a soma de dois números de um bit (Ai, Bi), considerando um transporte (Ci) de posições anteriores e produzindo um transporte a ser considerado na posição seguinte (Ci+). 24 Lúcio Mauro M. Tonon 2

13 Somador de números de n bits Com base nos adicionadores completos, é possível construir um circuito adicionador de N bits, colocando-os em cascata ( ripple adder ), tal como se representa na figura. 25 Somadores com transporte antecipado (Fast Carry) Conforme foi referido anteriormente, nos adicionadores em cascata, o tempo de propagação é proporcional ao número de bits do adicionador. Para eliminar esta desvantagem, são construídos circuitos adicionadores com transporte antecipado. Estrutura interna de um somador de 2 bits com transporte antecipado. 26 Lúcio Mauro M. Tonon 3

14 74XXX283 4 Bit Full Adder With Fast Carry 27 Exercício Projetar um circuito somador / subtrator de 2 bits, comandado por um sinal de controle que determina a função: 28 Lúcio Mauro M. Tonon 4