Capítulo 3 - Trabalhando com circuitos digitais - PDF
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Leila Oliveira Varejão
1 Prof. Alan Petrônio Pinheiro Apostila de MultiSim 17 Capítulo 3 - Trabalhando com circuitos digitais O primeiro passo para se trabalhar com circuitos digitais é inserir portas lógicas. Para isto, dispomos de dois métodos. No primeiro deles, devemos escolher um determinado circuito integrado (CI) usando a toolbox Components. Nela, temos duas opções: Place TTL e Place CMOS. Clique em uma destas opções e será aberta uma janela Select a component onde todas as subfamílias são mostradas, em especial a classe 74. Você deve escolher um CI nesta lista. Para exemplificar, escolhamos a família TTL e o CI 74LS00D digitando o nome deste CI no campo Component. Será aberta uma janela similar a mostrada na Figura 6 Figura 6 Janela aberta quando se seleciona o componente 74LS04D Nela, você devera clicar em uma das quatro letras que aparecem na janela. Cada uma destas letras indicam as 4 portas NAND que contém o CI O segundo modo de se inserir uma porta lógica, de um modo mais genérico, é indo a opção Place Misc Digital da toolbox Components e lá escolha a família TIL. Com isto, lhe será mostrada uma lista de portas lógicas genéricas diversas. Se preferir, digita no campo Component o nome da porta lógica que deseja. Por exemplo, se neste campo digitar NAND3, o programa automaticamente selecionará uma porta NAND de 3 entradas. Clique em OK e insira a porta no Circuit Window. Outra ferramenta preciosa para detectar um nível lógico em uma determinada parte do circuito é o Probe. Este componente é visto na toolbox Measuremment components em cinco diferentes opções e cores. Quando ligado a um determinado fio, ele ascende quando o nível lógico que passa por aquele fio é alto e apaga quando é baixo. 3.1 Ferramentas para circuitos digitais Basicamente, iremos trabalhar com as três ferramentas para circuitos digitais: (i) o Word generator, o (ii) Logic Analyser e (iii) por fim o Logic Converter. Word Generator O Word Generator é um componente que gera uma seqüência binária (palavra) de até 32 bits de acordo um definição do usuário. Este componente pode ser encontrado na toolbox Instruments e quando inserido no Circuit Window apresenta um ícone similar ao visto na Figura 7a. 1
2 18 Apostila de MultiSim UFU-Patos de Minas Figura 7 ícone do Word Generator no Circuit Window. Observe a numeração dos pinos Janela de configuração do Word Generator Com um duplo clique sobre o ícone do componente é aberta uma janela que permite a configuração do componente. Nela são listados os valores que o componente deve gerar. Esta lista é editável. Com um clique com o botão direito do mouse sobre a lista, defina uma posição inicial ( Set Initial Position ) e a final ( Set Final Position ). Os valores contidos entre estes dois marcos serão gerados pelo componente a uma freqüência definida pelo campo Frequency. No caso da Figura 7b, serão geradas 1000 palavras por segundo. Por fim, existem variados modos de se transmitir os dados armazenados no componente. O primeiro deles, visto como o botão Cycle os dados saem ciclicamente (repetem-se). O modo Burst os dados saem uma só vez entre a posição inicial e final. Já o modo Step os dados saem à medida que clicamos em Step. É também possível usar um clock externo para gerar as palavras. Para isto configure o componente para receber um trigger externo e ligue este sinal externo ao pino T do componente. O pino R indica quando um novo dado está disponível. Por fim, é possível também gerar uma seqüência de dados pré-definida clicando no botão Set.... O mesmo apresenta uma série de opções para gerar dados e carregar valores pré-definidos. Para ilustrar o funcionamento do Word Generator, monte um circuito similar ao visto na Figura 8. Para isto, use um clock de 100 Hz para este componente e componentes Probe ligados aos pinos 0,1,2 e R. Simule o circuito e veja os resultados. Figura 8 Exemplo de circuito para ilustrar o funcionamento do Word Generator Logic Analyser O Logic Analyser permite visualizar simultaneamente vários sinais (até 16 entradas). A Figura 9a ilustra o ícone do componente quando inserido no Circuit Window. A exemplo do componente anterior,
3 Prof. Alan Petrônio Pinheiro Apostila de MultiSim 19 ele também possui uma série de configurações que podem ser acessadas através de um duplo clique do componente inserido no Circuit Window (ver Figura 9b). O mais importante deles é a freqüência de aquisição dos dados. Para configurar este parâmetro clique no botão Set.... Uma nova janela será aberta e nela é possível configurar a freqüência de aquisição através do campo Clock rate. É também possível usar um clock externo. Mas iremos trabalhar em um primeiro momento somente com clock interno. Figura 9 ícone do Logic Analyser no Circuit Window. Observe a numeração dos pinos Janela de configuração do Word Generator Para entender o funcionamento do Analyser, iremos montar um circuito similar ao visto na Figura 10a. Na entrada do circuito será inserido o componente Word Generator para gerar todas as possíveis combinações de entrada do circuito. Na saída será ligado o Logic Analyser para visualizar os níveis de saída. Conhecendo os valores de entrada e saída é possível montar a tabela-verdade do circuito. Como trata-se de um circuito de três variáveis de entrada, o gerador de palavras deve ser configurado para contar de 0 a 7 ciclicamente. Ainda, certifique-se de verificar que ambos componentes irão trabalhar com um clock de 200 Hz. O resultado da simulação é visto na Figura 10b. Figura 10 Componentes empregados para levantar a tabela-verdade de um determinado circuito lógico. Nele são usados na entrada o Word Generator e para medir a saída um Logic Analyser. Resultado da simulação. A cor com quem são representados os sinais é a mesma do fio ligado ao canal assim como a sua ordem. 1
4 20 Apostila de MultiSim UFU-Patos de Minas Logic Converter O Logic Converter é uma ferramenta extremamente versátil e importante. Ela possibilita ao usuário uma série de operações em circuitos digitais tais como: (i) fornecer a tabela verdade de um circuito lógico a partir de seu circuito; (ii) obter a expressão booleana a partir da tabela verdade; (iii) obter o circuito lógico a partir da tabela verdade; (iv) obter a expressão lógica simplificada e (v) obter o circuito implementado só com portar NAND de duas entradas. Esta ferramenta está disponível na toolbox Instruments. Seu ícone no Circuit Window assim como sua interface são ilustrados na Figura 11. Figura 11 ícone do Logic Converter no Circuit Window Interface do componente. Nele são numerados seus principais botões contendo seus recursos. Os principais recursos da ferramenta relacionados à Figura 11b são: o Botão 1: obtém a tabela-verdade se fornecido o circuito lógico; o Botão 2: obtém a expressão lógica completa, dada a tabela-verdade; o Botão 3: obtém a expressão lógica simplificada, dada a tabela-verdade; o Botão 4: obtém a tabela-verdade se dada a expressão lógica; o Botão 5: obtém o circuito lógico com portas dada a tabela-verdade; o Botão 6: obtém o circuito lógico com portas NAND dada a tabela-verdade. Para entender o funcionamento da ferramenta, selecione quantidade de variáveis de entrada de seu projeto. Logo em seguida edite a tabela verdade. Repare que você pode definir a saída da tabela clicando em seus valores. Cada clique altera os valores da saída para 0, 1 ou X. Neste caso, X indica don t care ou uma condição de irrelevância. Feita a descrição da tabela-verdade, você já usufruir dos recursos da ferramenta. Para ilustrar um caso, considera um problema que tenha a seguinte tabela-verdade (F:= farol aceso; I:= ignição ligada; P: = porta aberta). F I P x
5 Prof. Alan Petrônio Pinheiro Apostila de MultiSim A partir da tabela, monta-se a expressão lógica dada por: x = FIP + FIP + FIP + FIP Simplificando a expressão anterior temos o resultado final: x = IP + FI Faça a mesma coisa só que usando a ferramenta Logic Converter. Outra forma de usar o recurso é a partir de um circuito pronto. A Figura 12 ilustra este segundo modo assim como as suas ligações. Repare que o circuito é idêntico ao da Figura 10. Depois de feita a ligação conforme se vê na figura, clique no botão 1 da Figura 11. Feito isto, explore os demais recursos da ferramenta para entender seu funcionamento. Figura 12 Aplicação do Logic Converter Exercícios de revisão 1) Para consolidar seus conhecimentos em MultiSIM, projeto um circuito par atender o problema: A figura abaixo mostra o cruzamento de uma rodovia com uma via de acesso. Sensores detectores de veículos são colocados ao longo das pistas C e D (rodovia) e nas pistas A e B (via de acesso). As saídas desses sensores serão nível BAIXO (0) quando nenhum veículo estiver presente e nível ALTO (1) quando um veículo estiver presente. O sinal de trânsito no cruzamento é controlado de acordo com a seguinte lógica: a) O sinal da direção leste-oeste (L/O) será verde quando as duas pistas C e D estiverem ocupadas. b) O sinal da direção L/O será verde sempre que as pistas C ou D estiverem ocupadas, mas com as A e B desocupadas 1
6 22 Apostila de MultiSim UFU-Patos de Minas c) O sinal da direção norte-sul (N/S) será verde sempre que as duas pistas A e B estiverem ocupadas, mas as pistas C ou D estiverem desocupadas d) O sinal da direção N/S será verde quando as pistas A ou B estiverem ocupadas e enquanto ambas as pistas C e D estiverem vazias e) O sinal da direção leste-oeste será verde quando não houver veículo presente f) Nos casos omissos, C e D tem preferência sobre A e B Usando as saídas dos sensores A, B, C e D como entradas, projete e simule um circuito lógico para controlar o semáforo. Devem existir duas saídas N/S e L/O, que serão nível alto quando a luz correspondente for verde. Ligue a cada uma das saídas do circuito um LED para indicar o estado destas saídas.