Fundamentos de Eletrônica Digital

Autor(es): Roger L. Tokheim
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Com uma visão ampla dos sistemas eletrônicos digitais, esta obra fornece conhecimentos fundamentais para desenvolver habilidades básicas nos alunos de cursos técnicos e tecnológicos.

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Capítulo 1 - Eletrônica digital

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capítulo 1

Eletrônica digital

Engenheiros normalmente classificam circuitos eletrônicos de acordo com sua natureza: analógica ou digital. Historicamente, muitos produtos eletrônicos empregavam circuitos analógicos. A maioria dos dispositivos eletrônicos atuais possui circuitos digitais. Assim, este capítulo irá apresentá-lo ao mundo da eletrônica digital.

Objetivos deste capítulo

Identificar diversas características de circuitos digitais em contraposição a circuitos lineares

(analógicos).

Classificar dispositivos quanto ao uso de tecnologias analógicas, digitais ou uma combinação de ambas.

Diferenciar sinais digitais e analógicos e identificar os níveis lógicos ALTO e BAIXO* de uma determinada forma de onda digital.

Citar três tipos de circuitos multivibradores e descrever a finalidade de cada um deles.

Analisar circuitos indicadores de nível lógico simples.

Citar diversos motivos pelos quais circuitos digitais são utilizados.

 

Capítulo 2 - Números utilizados em eletrônica digital

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capítulo 2

Números utilizados em eletrônica digital

A maioria das pessoas nos compreende perfeitamente quando dizemos que possuímos nove centavos, pois o número 9 é parte do nosso sistema de numeração decimal utilizado no dia a dia.

Entretanto, dispositivos eletrônicos digitais empregam um sistema de numeração “incomum” denominado binário. Computadores digitais e muito outros sistemas dessa natureza utilizam ainda outros sistemas de numeração, como hexadecimal e octal. Assim, profissionais que trabalham com eletrônica devem ser capazes de converter números do sistema decimal corriqueiro para os sistemas binário, hexadecimal e octal.

Além das bases decimal, binária, hexadecimal e octal, existem muitos outros códigos em eletrônica digital, como BCD (Binary Coded Decimal – Número Decimal Codificado em Binário), o código Gray e o código ASCII. Circuitos aritméticos representam números binários positivos e negativos usando o complemento de 2. Muitos desses códigos específicos serão estudados em capítulos posteriores.

 

Capítulo 3 - Portas lógicas

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capítulo 3

Portas lógicas

Computadores, calculadoras e outros dispositivos digitais são normalmente enxergados pelo público leigo como se fossem mágicos. Na verdade, dispositivos eletrônicos digitais possuem uma operação extremamente lógica. O bloco de construção básico de um circuito digital é a porta lógica. Profissionais da eletrônica digital compreendem perfeitamente a representação de portas lógicas, utilizando-as frequentemente. Lembre-se que portas lógicas existem mesmo nos computadores mais complexos, podendo ser construídas a partir de chaves, relés, tubos a vácuo, transistores, diodos ou CIs. Devido a sua ampla disponibilidade, fácil utilização e baixo custo, CIs serão utilizados na construção de circuitos lógicos. Existe uma grande variedade de PORTAS LÓGICAS disponíveis na forma de CIs tanto para a família TTL quanto CMOS.

Objetivos deste capítulo

Memorizar o nome, símbolo, tabela verdade, função e expressão booleana de cada uma das oito portas lógicas básicas.

 

Capítulo 4 - Combinação de portas lógicas

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capítulo 4

Combinação de portas lógicas

Anteriormente, você memorizou o símbolo, a tabela verdade e a expressão booleana para cada tipo de porta lógica. Essas portas são os blocos fundamentais usados na construção de circuitos lógicos mais complexos. Neste capítulo, você utilizará seus conhecimentos sobre símbolos de portas lógicas, tabelas verdades e expressões booleanas para resolver problemas práticos reais em eletrônica.

Objetivos deste capítulo

Desenhar diagramas lógicos a partir de expressões booleanas em termos mínimos e máximos.

Projetar um diagrama lógico a partir da tabela verdade, desenvolvendo inicialmente a expressão simplificada para, posteriormente, desenhar o diagrama lógico AND-OR.

Reduzir expressões booleanas em termos mínimos à forma mais simplificada possível utilizando mapas de Karnaugh de duas, três, quatro e cinco variáveis.

Simplificar circuitos lógicos AND-OR utilizando portas NAND.

Realizar conversões entre expressões booleanas, tabelas verdades e símbolos lógicos utilizando aplicativos de simulação computacional (como o dispositivo Conversor Lógico do

 

Capítulo 5 - Especificações de CIs e interfaceamento simples

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capítulo 5

Especificações de CIs e interfaceamento simples

Objetivos deste capítulo

Determinar níveis lógicos TTL e CMOS utilizando diagramas de perfil de tensão.

Analisar determinadas especificações de CIs TTL e CMOS, como tensões de entrada e de saída, margem de ruído, capacidade de corrente, fan-in, fan-out, atraso de propagação e consumo de energia.

Citar diversas precauções que devem ser tomadas ao se projetar e lidar com CIs CMOS.

Reconhecer diversas interfaces com chaves simples e utilizar circuitos antitrepidação em CIs

TTL e CMOS.

Analisar circuitos de interfaceamento para LEDs e lâmpadas incandescentes usando CIs TTL e

CMOS.

Desenhar circuitos de interfaceamento TTL-CMOS e CMOS-TTL.

Descrever a operação de circuitos de interfaceamento para campainhas, relés, motores e solenoides utilizando CIs TTL e CMOS.

Analisar circuitos de interfaceamento utilizando optoisoladores.

Citar as características primárias e funções de um motor de passo.

 

Capítulo 6 - Codificadores, decodificadores e displays de sete segmentos

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capítulo 6

Codificadores, decodificadores e displays de sete segmentos

Utilizamos o código decimal para representar números. Circuitos eletrônicos digitais utilizam diversas representações de código binário. Muitos códigos especiais são empregados em eletrônica digital para representar números, letras, sinais de pontuação e caracteres de controle. Este capítulo dedica-se ao estudo dos diversos códigos normalmente utilizados em dispositivos eletrônicos digitais. Neste capítulo, serão apresentados vários tipos de codificadores e decodificadores que permitem realizar a conversão entre vários códigos.

Objetivos deste capítulo

Identificar as características e aplicações dos diversos códigos utilizados.

Converter números decimais em código BCD e vice-versa.

Comparar números decimais com o código excesso 3, código Gray e código BCD 8421.

Converter o código ASCII em letras e números, assim como converter caracteres em código

ASCII.

Demonstrar a codificação de um display de sete segmentos.

 

Capítulo 7 - Flip-flops

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capítulo 7

Flip-flops

Engenheiros classificam circuitos lógicos em dois grupos. Trabalhamos anteriormente com CIRCUITOS

COMBINACIONAIS utilizando portas AND, OR e NOT. O outro grupo de circuitos lógicos consiste nos

CIRCUITOS SEQUENCIAIS, os quais envolvem temporização e dispositivos de memória. O dispositivo básico para a construção de um circuito combinacional é a porta lógica. Por sua vez, o flip-flop

(FF) é o dispositivo básico empregado na implementação de circuitos sequenciais. Nos capítulos posteriores, os flip-flops serão conectados entre si para formar circuitos contadores, registradores de deslocamento e vários dispositivos de memória.

Objetivos deste capítulo

Memorizar o diagrama de blocos e explicar o funcionamento de cada entrada e saída de diversos tipos de flip-flops.

Utilizar tabelas verdades para determinar o modo de operação e as saídas de um flip-flop.

Interpretar diagramas de formas de onda em flip-flops para determinar o modo de operação, saídas e o modo de disparo.

 

Capítulo 8 - Contadores

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capítulo 8

Contadores

Praticamente todos os sistemas digitais utilizam diversos contadores. O papel desse dispositivo é realizar a contagem de eventos ou intervalos de tempo, sendo capaz de enumerá-los em sequência.

Contadores também desempenham outras funções, como divisão de frequência, endereçamento e funcionamento como unidade de memória. Este capítulo apresenta diversos tipos de contadores e suas respectivas aplicações. Flip-flops são conectados entre si para gerar circuitos capazes de realizar a contagem. Devido à intensa utilização dos contadores, diversos fabricantes disponibilizam contadores na forma de CIs. Existem muitos contadores em todas as famílias TTL e CMOS, sendo que alguns CIs contêm outros dispositivos como condicionadores de sinais, latches e displays multiplexados.

Objetivos deste capítulo

Desenhar o circuito de um contador assíncrono utilizando flip-flops J-K.

Analisar a operação de contadores mod-3 a mod-8.

Compreender o princípio de operação e desenhar o circuito de um divisor de frequência.

 

Apêndice A - Solda e processo de soldagem

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apêndice A

Solda e processo de soldagem

De uma simples tarefa a uma fina arte

A soldagem é o processo de junção de dois metais através do uso de uma liga metálica utilizada na fusão em baixa temperatura. A soldagem é um dos processos de junção mais antigos conhecidos pelo homem, inicialmente desenvolvidos pelos egípcios para a fabricação de armas como lanças e espadas.

Desde então, a prática evoluiu até se tornar o processo atualmente conhecido e utilizado na fabricação de dispositivos eletrônicos. A soldagem não é mais a tarefa simples de antes; hoje, consiste em uma fina arte que requer cuidado, experiência e amplo conhecimento sobre os fundamentos envolvidos.

O conceito chave presente neste apêndice é a soldagem com alta confiabilidade. Grande parte de nossa tecnologia depende de incontáveis junções de solda individuais que existem nos equipamentos. A soldagem com alta confiabilidade foi desenvolvida em resposta às falhas iniciais que ocorrem nos equipamentos espaciais. Desde então, o conceito passou a ser muito aplicado, a exemplo de equipamentos médicos e militares. Atualmente, está presente nos diversos produtos eletrônicos utilizados no dia a dia.

 

Apêndice B - Fórmulas e conversões

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apêndice B

Fórmulas e conversões

Tabela de conversão de números na forma de complemento de 2

Complemento de 2

Decimal

Complemento de 2

Decimal

Complemento de 2

Decimal

Complemento de 2

Decimal

11111111

1

11011111

33

10111111

65

10011111

97

11111110

2

11011110

34

10111110

66

10011110

98

11111101

3

11011101

35

10111101

67

10011101

99

11111100

4

11011100

36

10111100

68

10011100

100

11111011

5

11011011

37

10111011

69

10011011

101

11111010

6

11011010

38

10111010

70

10011010

102

11111001

7

11011001

39

10111001

71

10011001

103

11111000

8

11011000

40

10111000

72

10011000

 

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