Introdução
No artigo anterior apresentamos como um transistor de junção bipolar funciona na teoria e na prática como uma chave eletrônica, sendo possível aplicar os conceitos fundamentais das portas lógicas NOT, AND, OR e XOR. Porém construir circuitos lógicos complexos utilizando transistores discretos é uma tarefa difícil, portanto neste artigo será utilizado circuitos integrados que já possuem portas lógicas, facilitando a construção e personalização do projeto digital. Podemos visualizar uma analogia bem interessante desenvolvida por Vahid, onde construir uma ponte com pedregulhos (Transistores discretos) é trabalhoso e muito difícil, porém quando possuímos blocos construtivos (Símbolos lógicos e circuitos integrados), o projeto comporta complexidade e dimensão.
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/portas-logicas-transistor-comparacao.png)
Este conhecimento é essencial para desenvolver e analisar circuitos digitais na eletrônica, em programação de microcontroladores como PIC ou Arduino, e na linguagem de descrição de hardware VHDL utilizadas em FPGAs.
Este artigo será voltado à prática, então para iniciar precisamos de uma fonte de alimentação. O padrão da tensão será de 5 Volts, compatibilizando as duas famílias de CIs no mesmo circuito. Os componentes e materiais em geral que vamos utilizar nos experimentos de prototipagem são comuns e se encontram facilmente em qualquer loja de componentes eletrônicos.
A fonte de alimentação
Já escrevemos para o Tec Dicas um tutorial de como fazer uma fonte fixa de 5V, para isso vamos reutilizar o diagrama esquemático daquele artigo ignorando a parte da tensão de 3.3V, e ao invés de utilizar uma fonte de bancada ajustável com garras jacaré, vamos utilizar uma fonte de Arduino com conector P4 e um conector Jack P4 de 2.1mm com fios de protoboard para alimentar o circuito. Maiores informações sobre a montagem acesse o link abaixo do tutorial.
Uma alternativa rápida é utilizar o módulo fonte de alimentação para protoboard setado em 5V. Só verifique na hora de encaixar se os terminais de positivo e negativo do módulo estão correspondentes ao protoboard (+ Vermelho - Azul).
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/fonte-alimentacao-5v-lm7805-protoboad-tecdicas.jpg)
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/modulo-fonte-alimentacao-protoboard-5v-3-3v-arduino-1.jpg)
Experimento 1: Circuito OR e AND com bit de controle
Com a fonte de alimentação 5V pronta e testada, agora vamos iniciar o nosso primeiro experimento com circuitos combinacionais utilizando as lógicas OR e AND.
Agora separe os componentes necessários para este experimento seguindo a nossa lista abaixo e siga o digrama esquemático do experimento 1.
- Fios
- 1 CI 7432/74LS32/74HC32/74HCT32 (Porta OR)
- 1 CI 7408/74LS08/74HC08/74HCT08 (Porta AND)
- 3 Chaves/Switches/Botão táctil
- 3 Resistores de 1K/10K/220R (Leia o item Observação no fim da página)
- 1 Resistor de 220R
- 1 LED
- 2 Capacitores de poliéster/cerâmico de 100nF
![](https://tecdicas.com/content/images/2023/07/circuito-combinacional-portas-and-or-experimento-tecdicas.jpg)
A montagem deve ficar semelhante a figura abaixo. Ligando o circuito e realizando o primeiro teste clicando nos botões A e B o LED não deverá acender. Ativando o bit de controle com o botão C pressionado, os botões A ou B irão acender o LED.
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/circuito-combinacional-or-and-protoboard.jpg)
Experimento 2: Conceito de Half Adder
Este experimento envolve os conceitos mais simples da aritmética binária, onde Half Adder significa Meio Somador. Este circuito combinacional realiza uma simples somatória de 1 + 1 = 10. A porta XOR é responsável em realizar a soma e a AND realiza o carry out. Outro circuito interessante é o Full Adder ou Somador Completo, composto por dois Half Adders com a possibilidade de expansão, onde juntando vários destes circuitos com o carry in e carry out podemos formar Full Adders de 4 bits, 8 bits ou até mais.
Depois de entender como um Half Adder funciona, vamos realizar o experimento no protoboard, para isso siga a lista de materiais necessários e o diagrama esquemático do projeto.
- Fios
- 1 CI CD4030 (Porta XOR)
- 1 CI 7408/74LS08/74HC08/74HCT08 (Porta AND)
- 2 Resistores de 1K (Leia o item Observação no fim da página)
- 2 Chaves/Switches/Botão táctil
- 2 Capacitores de poliéster/cerâmico de 100nF
- 2 LEDs
- 2 Resistores de 220R
![](https://tecdicas.com/content/images/2023/07/circuito-combinacional-half-adder-tecdicas.jpg)
A montagem no protoboard deve ficar semelhante a figura abaixo. Ligando o circuito faça a soma de 1 + 1 com os dois botões, o resultado de 10 será mostrado nos LEDs em binário.
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/circuito-combinacional-half-adder-tecdicas-protoboard2.jpg)
Experimento 3: Conceito de Latch D Transparent
Este exemplo é um pouco mais avançado que os demais, pois explana os elementos mais básicos de uma memória, o flip flop. O circuito apresenta a capacidade de guardar um bit temporariamente aplicando-se o conceito de realimentação, onde saídas de portas lógicas são conectadas em entradas de outras portas, sendo classificado como um circuito sequencial.
O Latch Data Transparent é composto por uma entrada especifica chamada Enable, que habilita e desabilita a transição dos dados, as operações do Latch D são descristas da seguinte forma: Se Enable for verdadeiro o valor da saída Q será igual a entrada D, e se for falso guarda o valor de D na última saída selecionada. Este Latch D assíncrono é composto por um Latch S-R (O flip flop mais simples de todos) com portas NOR, ou seja, as entradas Set e Reset são ativadas em nível alto. Existe também o Latch S-R com portas NAND, porém as mesmas entradas são ativas em nível baixo.
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/latch-d-transparent-nand-demorgan-tabela-verdade.jpg)
Em sistemas digitais síncronos utilizamos flip flops com um sinal de clock para se integrar de uma forma coesa com o circuito, nesse caso a detecção é feita pelas bordas de subida ou descida da onda quadrada. Em um pequeno exemplo de utilização em sistemas síncronos, temos um circuito de clock com uma frequência de 7.3728MHz e necessita ser dividida por 2, para isso aplicamos o CI 74LS74 que possui dois flip flops edge-triggered do tipo D, onde teremos uma frequência de 3.6864MHz para o circuito todo.
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/flip-flip-d-edge-trigger-preset-clear-74ls74.jpg)
Vamos juntar os materiais necessários e realizar o experimento no protoboard, então anote a seguinte lista e siga o diagrama esquemático abaixo.
- Fios
- 1 CI 7408/74LS08/74HC08/74HCT08 (Porta AND)
- 1 CI 7404/74LS04/74HC04/74HCT04 (Porta NOT)
- 1 CI 7402/74LS02/74HC02/74HCT02 (Porta NOR)
- 2 Chaves/Switches/Botão táctil
- 2 Resistores de 1K (Leia o item Observação no fim da página)
- 3 Capacitores de poliéster/cerâmico de 100nF
- 2 Resistores de 220R
- 2 LEDs
![](https://tecdicas.com/content/images/2023/07/circuito-combinacional-latch-d-tecdicas.jpg)
A montagem no protoboard deve ser parecida com a figura abaixo. Ligando o circuito o LED Q vem acesso e quando o botão de Enable for pressionado, teremos Q = Data, caso contrário observamos o efeito memória.
Por curiosidade você pode substituir o CI 7402 por um 7400, que são portas NAND.
![](https://tecdicas.com/content/images/2019/11/circuito-combinacional-latch-d-protoboard.jpg)
Experimento bônus: NAND e outras portas lógicas
Com um único circuito integrado NAND é possível realizar outras portas lógicas, como por exemplo a porta NOT, AND, OR e NOR, isso é conhecido como a universalidade da porta NAND. Que tal esse desafio? Anote a lista de materiais necessários, siga o diagrama esquemático abaixo para montar no protoboard e bom divertimento com a porta NAND! Para mais detalhes sobre o assunto, leia o artigo A universalidade da porta NAND.
- 1 CI 7400/74LS00/74HC00/74HCT00 (Porta NAND)
- 2 Chaves/Switches/Botão táctil
- 2 Resistores de 1K (Leia o item Observação no fim da página)
- 1 Capacitor de poliéster/cerâmico de 100nF
- 1 Resistor de 220R
- 1 LED
![](https://tecdicas.com/content/images/2023/07/diagrama-esquematico-NAND-NOT-AND-OR-NOR.jpg)
Observação
Os resistores de pull-down para cada série da família TTL são diferentes, para isso separamos uma lista com seus respectivos valores.
- 74XX TTL Puro - Resistor de 1K
- 74SXX TTL Schottky - Resistor de 220R
- 74LSXX Low-Power Schottky - Resistor de 1K
- 74HCXX High-Speed Si-Gate CMOS - Resistor de 10K
- 74HCTXX High Speed CMOS–TTL Compatible - Resistor de 220R
Referências
- MALVINO, A. P; BROWN, J. A; Digital computer electronics. 3 ed. McGraw-Hill, 1999.
- TOCCI, R, J; WIDMER, N. S; MOSS, G. L; Sistemas digitais: princípios e aplicações. 10 ed. Pearson Prentice Hall, 2008.
- VAHID, F: Sistemas digitais: projeto, otimização e HDLs. 1 ed, Bookman, 2008.