Aula prática Sistemas digitais e microprocessadores

Aula prática Sistemas digitais e microprocessadores

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SISTEMAS DIGITAIS E MICROPROCESSADORES

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1

NOME DA DISCIPLINA: SISTEMAS DIGITAIS E MICROPROCESSADORES

Unidade: CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONAL E SEQUENCIAL

Seção: CIRCUITOS COMBINACIONAIS

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Introduzir a utilização do simulador Logisim;

Utilizar entradas e saídas no simulador Logisim;

Utilizar o circuito codificador de prioridade;

Utilizar o circuito decodicador;

Simular o funcionamento de um circuito digital no Logisim.

INFRAESTRUTURA

Instalações – Materiais de consumo – Equipamentos:

LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA

Equipamentos:

• Desktop Lab Informatica – Positivo C6300

~ 1 computador para cada 2 alunos

SOLUÇÃO DIGITAL

• LOGISIM (Simulador)

LogiSim: Software para simulação digital de circuitos lógicos.

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)

Não se aplica

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS

Procedimento/Atividade nº 1 (Somente virtual)

Atividade proposta:

Implementar um circuito que registre a produção de uma fábrica através de 8 teclas, a cada

produção será pressionada a quantidade produzida (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8). O circuito deve

demonstrar na saída o número de itens produzidos na sequência decimal.

Procedimentos para a realização da atividade:

Caro estudante, iniciaremos uma sequência de operações para a montagem e simulação de um

circuito digital com codificador e decodificador de acordo com a atividade proposta. É muito

importante que você não pule nenhuma etapa demonstrada, para que no final obtenhamos o

resultado desejado.

1º Passo: Abra o software simulador Logisim. Observe se a sua tela condiz com a tela mostrada

na imagem abaixo:

2º Passo:Como a nossa atividade consiste em registrar a produção de uma fábrica através de 8

teclas, vamos inseri-las e colocar os respectivos rótulos em cada uma. Para isso, clique neste

ícone localizado no ponto 1 mostrado na imagem abaixo. Coloque 8 teclas alinhadas

conforme a imagem.

Logo após coloque os rótulos para saber qual tecla corresponde a qual número, clicando no ícone

, indicado como o ponto 2 na imagem. Verifique se a sua montagem está igual à imagem

abaixo.

3º Passo: Vamos inserir o Codificador de Prioridade. Esse codificador mostra na sua saída

a maior entrada selecionada. Para inseri-lo siga a sequência numerada de cliques indicada

na figura. Depois, ligue as outras 7 teclas no codificador, conforme a figura.

4º Passo: Insira a entrada de Enable no codificador de prioridade. Para isso siga a

sequência numerada de cliques na imagem e verifique se a sua montagem está igual a da

imagem.

5º Passo: Agora vamos inserir a saída. Esta saída vai exibir o valor binário de 0 a 7 (8

possibilidades) dependendo de qual entrada estiver habilitada, ele sempre exibirá a de valor

mais alto. Para inserir a saída siga a sequência numerada de cliques indicada na imagem.

6º Passo: Agora vamos simular o funcionamento do codificador de prioridade. Para isso

siga a sequência indicada de cliques. Preencha a tabela abaixo com entradas e saídas do

codificador de Prioridade:

Enable Tecla Acionada Saída

0 Tecla de 1 a 8 acionada

1 Nenhuma tecla acionada

1 1 000

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

Note que a primeira tecla é ligada na entrada 0 (o codificador tem entradas de 0 a 7), então

a saída exibe o valor “0” em binário (000), mesmo que a primeira tecla esteja acionada. E 8ª

tecla exibirá a saída 7 em binário na saída (111).

7º Passo: Iniciaremos agora a inserção do decodificador. Para executar este passo siga a

sequência de cliques, onde você vai adicionar o decodificador no circuito (clique 1 e 2), no

clique 3 você vai definir quantos bits ele receberá na entrada (o mesmos 3 bits de saída do

Codificador de Prioridade). Nos cliques de 4 a 7 são feitas as conexões do circuito.

8º Passo: Neste passo vamos inserir as saídas do decodificador. Para inseri-las siga a

sequencia de cliques da imagem e repita para as saídas 1 a 7.

9º Passo: Neste passo vamos testar todas as possibilidades do circuito digital, que já está

pronto! Clique em todas as teclas de entrada e perceba quais saídas acionam e complete a

tabela.

Enable Tecla Acionada Saída do Decodificador

0 Tecla de 1 a 8 acionada

1 Nenhuma tecla acionada

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

10º Passo: Faça um resumo explicando suscintamente a lógica de funcionamento do

circuito, escolha 3 combinações de chaves diferentes e explique o resultado obtido na saída..

Checklist:

– Codificador de prioriade funcionando pelas entradas e saídas.

– Decodificador funcionando pelas entradas do codificador e pelas saídas do decodificador.

– Tabelas preenchidas através da simulação

– Prints do circuito montado com 3 combinações diferentes de chaves e sua respectiva

explicação

– 10º Passo escrito.

RESULTADOS

Resultados de Aprendizagem:

Utilizar o Logisim para executar o codificador de prioriade funcionando pelas entradas e saídas.

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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2

NOME DA DISCIPLINA: SISTEMAS DIGITAIS E MICROPROCESSADORES

Unidade: CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONAL E SEQUENCIAL

Seção: FLIP-FLOPS E CIRCUITOS CORRELATOS

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Projetar, simular e montar circuitos lógicos.

INFRAESTRUTURA

Instalações – Materiais de consumo – Equipamentos:

LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA

Equipamentos:

• Desktop Engenharia Positivo Master D3400

~ 1 para cada 2 alunos

SOLUÇÃO DIGITAL

• LOGISIM (Simulador)

LogiSim: Software para simulação digital de circuitos lógicos.

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)

Não se aplica.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS

Procedimento/Atividade nº 1 (Físico e Virtual)

Atividade proposta:

Aprendendo a usar a ferramenta Logisim.

Contador binário de 4 bits e contador de década BCD.

Procedimentos para a realização da atividade:

Exercício 1:

O Logisim permite projetar e simular circuitos digitais. Foi planejado como ferramenta

educacional para ajudar você a aprender como os circuitos funcionam.

Para praticar o uso do Logisim, vamos construir um circuito com uma porta NAND, Figura 1(a),

e verificar sua equivalência com a porta OR negativa, Figura 1(b).

Figura 1 Circuito lógico (a) porta NAND (b) porta OR negativa

Após baixar e executar o Logisim, o primeiro passo será acrescentar as portas lógicas no

ambiente de simulação. Para isso clique na pasta “Portas”, Figura 2(a), assim a lista de portas

disponíveis será mostrada, Figura 2(b).

Figura 2 Tela inicial do Logisim.

Clique na porta NAND ( , a quinta da lista) e em seguida, clicar na área de edição onde

você desejar que a primeira porta NAND deva ficar. Certifique-se de deixar espaço sufi ciente

para outras coisas do lado esquerdo. Em seguida, clicar na porta OR ( , a quarta da lista) e a

coloque um pouco mais abaixo, adicione duas portas inversoras em frente de cada uma das

entradas da porta OR, Figura 3.

Figura 3 Posicionamento das portas.

Observar que haverá cinco pontos do lado esquerdo de cada porta. Esses serão os pontos

onde os fios poderão ser conectados.

Acontece que nós iremos usar apenas dois deles para o nosso circuito, mas para outros

circuitos, você poderá achar mais útil ter mais de duas conexões em uma porta lógica.

Agora queremos adicionar as duas entradas A e B no diagrama.

Selecione uma entrada ( ), e coloque os pinos voltados para baixo (utilizando o atributo

“posição” da entrada).

Você também deverá colocar uma saída junto a cada uma das portas, usando ( ), Figura 4.

Figura 4 Posicionamento das entradas e saídas

Depois de ter todos os componentes colocados na área de desenho (tela), você estará pronto

para começar a adicionar as conexões.

Selecionar a ferramenta Editar ( ). Quando o cursor estiver sobre um ponto que receberá uma

extremidade do fio, um pequeno círculo verde será desenhado em torno dele.

Pressione o botão do mouse e arraste até onde você quiser que a outra extremidade do fio vá.

As conexões (fios) em Logisim deverão ser horizontais ou verticais, Figura 5.

Figura 5 Conexão entre as portas

O passo final será testar o circuito para garantir que ele realmente realiza o que pretendemos.

O Logisim já está simulando o circuito.

Se olharmos atentamente para o nosso circuito da Figura 5, veremos que para as entradas A= 0

e B = 0 , tanto a saída da porta NAND quanto a da porta OR negativa estão no nível lógico 1.

Agora tentaremos outra combinação das entradas. Selecione a ferramenta Testar (Poke) ( )

e altere as entradas, clicando sobre elas.

Cada vez que fizer isso sobre a entrada, seu valor será alternado. Quando você mudar o valor

de entrada, o Logisim irá mostrar-lhe que os valores seguirão pelos fios marcando-os com a cor

verde-claro para indicar um valor 1 ou verde escuro (quase preto) para indicar um valor 0.

Com isso preencha a tabela verdade para as duas portas em questão:

Lembrando que uma maneira de verificar a equivalência entre dois circuitos lógicos é verificar

se suas tabelas verdade são iguais.

Agora que o já sabemos como usar o Logisim, vamos projetar e simular um circuito meio

somador.

Projete e simule um circuito lógico para um meio somador binário com duas entradas (A e B) e

duas saídas.

Uma para o bit da soma (S) e outra para o bit “vai um” (C), como indicado na Figura 6.

Figura 6 Circuito meio somador de 2 bits

Para iniciar o seu projeto preencha a tabela verdade para cada uma das saídas, de acordo com

as regras da aritmética binária para a soma.

Feito isso, use as portas lógicas que você já conhece (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR e

XNOR) e projete o circuito lógico do meio somador.

(Dica: o circuito do meio somador é bastante simples e pode ser executado apenas com duas

portas lógicas).

Uma vez que o seu circuito foi projetado simule ele na ferramenta Logisim e verifique se ele

executa exatamente as operações esperadas na tabela verdade do meio somador.

Exercício 2:

Os contadores são circuitos lógicos projetados encadeando flip-flops, eles podem ser

classificados como assíncronos ou síncronos, de acordo com a forma que eles recebem os

pulsos de o clock.

Nos contadores assíncronos, o primeiro flip-flop recebe um sinal de clock externo e cada flipflop subsequente recebe o clock através da saída do flip-flop anterior.

Nos contadores síncronos, o mesmo sinal de clock é fornecido para todos os flip-flops de forma

que eles recebem o clock simultaneamente.

• Projete um contador de 4 bits assíncrono e simule no Logisim.

Os contadores também podem ser projetados de modo a ter um número de estados menor em

sua sequência que o valor máximo de . Esse tipo de sequência é chamada de sequência

truncada.

Para se obter uma sequência truncada, é preciso forcar que o contador recicle seu estado antes

que ele passe por todos os estados possíveis e isso pode ser feito de forma simples utilizando

um contador assíncrono.

• Projete um contador de década BCD que conta de 0 (0000) até 9 (1001).

Checklist:

Faça o download do Logisim

Preencha a tabela verdade para o meio somador, verifique se ela está realmente correta. Essa

etapa é fundamental para o projeto de um circuito lógico.

Revise as tabelas verdade das portas lógicas que você conhece, a resposta para o seu projeto

está nestas portas.

Execute a sua simulação e verifique se o circuito se comportou como esperado

Explore o ambiente do Logisim, os flip-flops estão localizados na pasta Memória e o sinal de

clock está localizado na pasta conexão.

Simule os pulsos de clock clicando com a “ferramenta testar”

RESULTADOS

Resultados de Aprendizagem:

Para essa aula prática espera-se que o aluno se familiarize com a ferramenta Logisim e seja

capaz de projetar e simular circuitos lógicos simples, com poucas portas lógicas. Além disso, se

espera que o aluno consiga simular circuitos contadores síncronos e assíncronos.

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3