Aula 13 – Porta Lógica Universal - NOR

O chip 7402 (ou o 74LS02 ou 74HC02) quad 2-input NOR TTL tem quatro portas NOR individuais dentro de um único pacote IC, conforme figura 01. 

Assim, como o IC NAND 7400 anterior, podemos usar um único chip TTL 7402 para produzir todas as funções booleanas de uma única porta NOT para uma porta NAND , conforme mostrado na figura 02.

Portas lógicas universais usando apenas portas NOR

Assim, TODAS as outras funções de porta lógica podem ser criadas usando apenas portas NOR, tornando-a também uma porta lógica universal.

Note também que a implementação da porta Exclusive-OR é mais eficiente usando portas NAND em comparação com o uso de portas NOR , enquanto a implementação da porta Exclusive-NOR é mais eficiente com portas NOR em comparação com o uso de portas NAND , pois em cada caso apenas quatro portas lógicas individuais são necessárias. Em outras palavras, podemos criar todas as funções booleanas usando apenas um chip 7400 NAND ou um chip 7402 NOR, incluindo suas várias subfamílias.

© Direitos de autor. 2021: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2021 

AP 12.1 – Porta lógica universal NAND - Luz de advertência em cabine de um jato

Um avião a jato emprega um sistema de monitoração dos valores de RPM, pressão e temperatura dos seus motores usando sensores que operam, conforme descrito a seguir:

• Saída do sensor RPM: 0 apenas quando a velocidade for < 4.800 RPM.
• Saída do sensor P: 0 apenas quando a pressão for < 1,33 N/m².
• Saída do sensor T: 0 apenas quando a temperatura for < 93,3°C.

Figura 01 - Circuito lógico de luz de advertência.

A figura 01 mostra o circuito lógico que controla uma lâmpada de advertência dentro da cabine para certas combinações de condições da máquina. Admita que um nível ALTO na saída W ative a luz de advertência.

As condições do motor que indicam o sinal de advertência ao piloto são:

• T = 1 e P = 1 ou R = 0.

Se este circuito fosse montado, seriam necessários três circuitos integrados, como um CI 7404 com 6 portas lógicas NOT, um CI 7432 com 4 portas lógicas OR de duas entradas, e um CI 7408 com 4 portas lógicas AND de duas entradas. Mas vamos simplificar este circuito utilizando portas NAND.

Figura 02 - Circuito lógico de luz de advertência
com portas NAND's (Dupla inversão).

Transformando as portas lógicas NOT, OR e AND em NAND's do circuito apresentado, vamos ter o resultado mostrado na figura 02.

Provavelmente você deve ter percebido a dupla inversão neste circuito com NAND's, quando ocorre isso podemos anular essas portas, pois duas portas NOT's em série resulta o valor da entrada.

Figura 03 - Circuito de luz de advertência
funcional com diagrama de tempo.

Agora o circuito apresenta somente quatro portas NAND's, o que é satisfatório para o projeto, pois será necessário um único circuito integrado. Na figura 03, podemos analisar o diagrama de tempo do circuito, onde ele está funcionando exatamente como o original.

Depois das simulações realizadas com o software, podemos montar este projeto e ver ele funcionando na prática.

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Aula 12 – Porta Lógica Universal - NAND

As portas NAND são reconhecidas como portas universais em Lógica booleana. Esta universalidade significa que qualquer função booleana pode ser implementada exclusivamente através de portas NAND. Este é um recurso essencial, pois simplifica o projeto e a construção de circuitos digitais. Em vez de estocar diferentes tipos de portas, você só precisa de portas NAND para fazer uma operação completa. Isso reduz a complexidade e reduz os custos e os requisitos de espaço no projeto de circuitos.

Porta NAND – Teoria funcional

Para entender completamente como Portas NAND Função, lembre-se que eles combinam ambos Operações AND e NOT em um único circuito. Uma porta NAND a sinal de saída será baixo (0) somente se todas as entradas forem altas (1). Este comportamento torna a porta NAND uma das portas lógicas de uso geral mais versáteis em eletrônica digital.

As portas NAND podem ser implementadas em qualquer operação lógica básica. Estes incluem AND, OR, XOR e NOT, além destas portas negadas, tornando-os indispensáveis ​​na construção circuitos lógicos complexos.

Usando apenas portas NAND, você pode projetar e simplificar inúmeros circuitos lógicos, melhorando a eficiência e a compactação de seus projetos de circuitos.

Lembre-se de que as portas NAND no projeto de circuitos depende de sua capacidade de implementar uma ampla gama de funções lógicas com componentes mínimos.

Os resistores de pull-down para cada série da família TTL são diferentes, para isso separamos uma lista com seus respectivos valores:

• 74XX  TTL - Resistor de 1K;
• 40xx CMOS - Resistor de 100K;
• 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.
• 
  

Porta Lógica Universal - NAND está disponível em: 25_01_03 Porta Lógica Universal - NAND  SRG. 

O circuito de portas lógicas ID, AND, OR e NAND com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_01 Portas lógicas com NAND IC4011. 

O circuito de portas lógicas NOR e XOR com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_02 Portas lógicas com NAND IC4011. 

O circuito de portas lógicas XNOR e NOT com NAND IC4011 está disponível em: 25_01_03 Portas lógicas com NAND IC4011. 

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Aula 11 - Circuitos integrados lógicos séries IC 74XX

Portas Lógicas Digitais são projetadas para executar Funções Lógicas, e as portas lógicas podem ser combinadas para executar sequências lógicas combinacionais complexas. 

Portas Lógicas podem ser feitas usando componentes discretos como Transistor, Diodos, Resistores etc., para a velocidade de operação e confiabilidade, a maioria dos circuitos integrados usa apenas Transistores para formar Portas Lógicas, isso é chamado de TTL, que é Lógica Transistor Transistor. Alguns circuitos integrados usam MOSFETs baseados em CMOS rápidos e de baixa potência para formar Portas Lógicas digitais. As séries IC 74XX e 4000 são os melhores exemplos.

Características gerais dos CIs TTL da série 7400

A tensão de alimentação típica para a série 74XX está na faixa de 4,5 Volts a 5,5 Volts DC.A entrada lógica ALTA geralmente fica em torno de 2 volts ou mais da tensão de alimentação, enquanto a entrada lógica BAIXA geralmente fica em torno de 0,8 volts ou menos, o aterramento também é considerado BAIXO. A tensão de saída de nível Lógico ALTO é próxima à tensão de alimentação que é VCC aplicada ao CI, e a tensão de saída de nível lógico BAIXO é próxima à alimentação de aterramento.

Portas lógicas digitais básicas séries IC 74XX

Os tipos de portas lógicas começam com portas NAND e NOR e podemos construir qualquer porta lógica seguinte usando portas NAND ou NOR, por isso essas duas são chamadas de portas lógicas universais. Há também as portas NOT, YES, AND, OR, XOR e XNOR.

• Porta lógica NAND - IC7400;
• Porta lógica NOR - IC7402;
• Porta lógica NOT - IC7404;
• Porta lógica YES - IC7407;
• Porta lógica AND - IC7408;
• Porta lógica OR - IC7432;
• Porta lógica XOR - IC7486;
• Porta lógica XNOR - IC74266.

O buffer (IC 7407) entrega na saída o mesmo nível lógico da entrada, por isso pode ser chamado de YES.

Porta lógica NAND - 7400

A porta lógica NAND realiza a operação de multiplicação (lógica AND) entre as entradas binárias A, B e então inverte a saída. A porta NAND é uma combinação de uma porta AND seguida por uma porta NOT. Ela produz uma saída baixa somente quando todas as entradas são altas.

Porta NAND CI 7400 é um circuito integrado de quatro portas NAND de 2 entradas. 

Porta lógica NOR - 7402

A porta lógica NOR realiza a operação de adição (lógica OR) entre as entradas binárias A, B e então inverte a saída. A porta NOR é uma combinação de uma porta OR seguida por uma porta NOT. Ela produz uma saída baixa somente quando pelo menos uma entrada é alta.

Porta NOR IC 7402 é um circuito integrado de quatro portas NOR de 2 entradas.

Porta Lógica NOT - 7404

NOT Gate também conhecido como inversor, o NOT gate complementa sua entrada. Se a entrada for alta, a saída será baixa, e vice-versa. Se a entrada for A, então a saída será chamada de barra A.

Porta NOT IC 7404 é um é um circuito integrado de seis portas inversoras independentes. Cada porta recebe um sinal de entrada e produz a saída complementar. 

Porta Lógica AND - 7408

A porta lógica AND realiza a operação de multiplicação entre as entradas binárias A, B, que podem ser denotadas como A&B. A porta AND produz uma saída alta (1) somente quando todas as suas entradas são altas. Ela essencialmente realiza a operação lógica AND.

Porta AND IC 7408 é um circuito integrado de quatro portas AND de 2 entradas.

Porta lógica OR -7432

A porta lógica OR realiza a operação de adição entre as entradas binárias A,B, que podem ser denotadas como A+B. A porta OR produz uma saída alta (1) quando qualquer uma de suas entradas é alta. Ela essencialmente realiza a operação lógica OR.

Porta OR IC 7432 é um circuito integrado de quatro portas OR de 2 entradas.

Porta lógica XOR - 7486

A porta lógica Ex-OR (XOR) realiza a operação de adição exclusiva entre as entradas binárias A,B, que podem ser denotadas como A⊕B. A porta XOR produz uma saída alta (1) quando o número de entradas altas é ímpar. Produz uma saída BAIXA (0) quando todas as entradas são iguais.

Porta OR IC 7486 é um circuito integrado de quatro portas XOR de 2 entradas.

Porta lógica XNOR - 74266

A porta lógica Ex-NOR (XNOR) realiza a operação de adição exclusiva negada entre as entradas binárias A,B, que podem ser denotadas como A⊕B. A porta XOR produz uma saída baixa (0) quando o número de entradas altas é ímpar. Produz uma saída alta (1) quando todas as entradas são iguais.

Porta OR IC 74266 é um circuito integrado de quatro portas XNOR de 2 entradas.

Porta Lógica YES - 7407

Buffers (YES) digitais podem ser considerados como portas Idempotentes aplicando a Lei Idempotente de Boole porque quando uma entrada passa por esse dispositivo seu valor não é alterado. Então, o buffer digital é um dispositivo “não inversor” e, nos dará a expressão Booleana de:   Q = A .

Buffers: Podemos então definir a operação lógica de um único buffer digital de entrada como sendo: “Q é verdadeiro somente quando A é verdadeiro”

Porta YES IC 7407 é um circuito integrado de seis portas YES de 1 entradas.

© Direitos de autor. 2021: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2021 

AP 10.6 – Lógica combinacional - Tanque agitador

 Deseja-se implementar um sistema de controle para um tanque misturador simples, como mostrado na figura.

Entradas:

• BL = Botão de liga 
• BD = Botão de desliga
• SNA = Sensor nível alto
• SNB = Sensor nível baixo

Saídas

• VE = válvula de entrada
• MA = Motor de Agito
• VS = válvula de saída

Descrição de funcionamento: 

• Ao pressionar o botão de liga (BL) a válvula de entrada (VE) é acionada e o tanque começa a encher. 
• Quando o sensor de nível alto (SNA) for atingido, a válvula de entrada (VE) é fechada ligando o motor de agito (MA) que permanece ligado. 
• Em seguida a válvula de saída (VS) é ligada, quando o sensor de nível baixo (SNB) for acionado o operador deve recomeçar o ciclo. 
• Se o botão de desliga (BD) não for pressionado o ciclo recomeça.

Etapas para seguir:

1º Passo – Montar a tabela verdade a partir de todas as condições possíveis;

2º Passo – Extrair a tabela verdade das expressões verdadeiras;

3º Passo – Montar o circuito lógico utilizando blocos lógicos (FBD);

4º Passo – Programar e testar a aplicação no controlador.

O diagrama elétrico do tanque agitador estará disponível em: 25_01_05_Tanque_Agitador_SRG (PDF).

© Direitos de autor. 2021: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2021 

AP 10.5 – Lógica combinacional - Controle de nível com tanque misturador

Implemente um sistema lógico, em blocos lógicos, que atenda todos os critérios requeridos.

Critérios:

• O misturador deverá estar sempre cheio, ou seja, SNA=1. Se SNA=0, a bomba principal (BP) deverá ser acionada (1), mas somente se houver produto no tanque principal (STP=1), se não houver (STP=0) a bomba reserva (BR) deve ser acionada (1).
• Sempre que o sensor de nível baixo (SNB) estiver em 0, um indicador (IMV) deverá avisar ao operador que o misturador está vazio.
• Se ocorrer um erro lógico (situação impossível), todas as saídas deverão ser desligadas e o operador deverá ser avisado através do indicador de erro lógico IEL.
• Se o misturador estiver cheio, o motor de agito (MA) deve ser acionado.

Etapas para seguir:

1º Passo – Montar a tabela verdade a partir de todas as condições possíveis;

2º Passo – Extrair a tabela verdade das expressões verdadeiras;

3º Passo – Montar o circuito lógico utilizando blocos lógicos (FBD);

4º Passo – Programar e testar a aplicação no controlador.

O diagrama elétrico do Controle de nível com tanque misturador estará disponível em: 25_01_05_Controle_de_nível_SRG (PDF).

© Direitos de autor. 2021: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2021 

AP 10.4 – Lógica combinacional - Sistema de abastecimento

 Uma indústria capta toda água que precisa de uma represa local. Esta água é bombeada para uma estação de tratamento e em seguida armazenada em um reservatório e esta por sua vez deve ser bombeada à uma caixa de água de menor porte, a fim de alimentar a indústria.

Descrição do funcionamento:

• Sempre que o sensor de nível alto do reservatório (SNAR) estiver desacionado (0), a bomba do rio (BR) deve ser ligada (1) para encher o reservatório até o sensor de nível alto (SNAR) ser acionado (1).
• A indústria esta em uma região de baixo índice pluviométrico e o rio, as vezes, fica baixo não sendo possível captar a água. Então o sensor de nível crítico do rio (SNCR) estiver desacionado (0), um alarme (AS) deverá ser ligado (1) para avisar o operador que a bomba do rio (BR) deve ficar desligada (0). Ao mesmo tempo a caixa d’água da indústria deve ficar com seu nível sobre o sensor da caixa (SC), ou seja, SC = 1.
• Se o nível da caixa d’água ficar abaixo de SC, ou seja, SC = 0 a bomba da caixa (BC) deve ser ligada (1), mas somente se SNBR = 1.

Construa o circuito lógico seguindo as etapas:

1º Passo – Montar a tabela verdade a partir de todas as condições possíveis;

2º Passo – Extrair a tabela verdade das expressões verdadeiras;

3º Passo – Montar o circuito lógico utilizando blocos lógicos (FBD);

4º Passo – Programar e testar a aplicação no controlador.

O diagrama elétrico do Sistema de Abastecimento estará disponível em: 25_01_04_Sistema_de_abastecimento_SRG (PDF).

© Direitos de autor. 2021: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2021