CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

CIRCUITOS DIGITAIS I (6878)

RELATÓRIO DA MEMÓRIA SEMICONDUTORA DE 3 BITS E RELÓGIO DIGITAL

Data: 10/01/2020

Professor: Nardênio Almeida Martins

Discentes

R.A Nome

115.408 Henrique Ribeiro Favaro

109.882 Gabriel Colli Pavan

107.975 Andrei Roberto da Costa

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 SUMÁRIO

1. Introdução e Objetivos ……………………….……………………………………….. 03

1.1. Identificação de Experiência ………….……………………………………..... 03
1.2. Objetivos da Experiência …...………….………………...……………............ 03
2. Fundamentação Teórica …...………………….…..………………………...…....…… 03
2.1. Componentes Utilizados ………...…….…………...……….………….……... 03
2.2. Descrição dos Componentes ………...….………………………………….…. 04
3. Procedimentos Executados ………...…………………….…...…………….……….... 08
3.1. Descrição dos procedimentos executados ….……………....……………….… 08
4. Conclusão ………..…...…………………….……….………………………….……... 18
5. Bibliografia …...…………………………….………..……...…...…………….……... 19

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 1. Introdução e Objetivos

1.1. Identificação de Experiência

Projeto de circuito Sequencial - Memória Semicondutora de 3 bits.

Experiência: Feito o desenvolvimento de uma memória semicondutora de 3 bits e
posteriormente a sua testagem. Diferente de outros tipos de memória, a semicondutora apresenta
uma velocidade maior, porém em termos de capacidade de armazenamento, acaba sendo
relativamente baixa comparada a outros meios de armazenamento.

Projeto de circuito Sequencial – Relógio Digital.

Experiência: Desenvolvimento de um relógio digital contando de 0 à 59 em base decimal
utilizando-se de bits 0 e 1 em base binária com uso de um CI pulser para gerar os clocks ativadores
do circuito. O relógio digital é muito utilizado para registro de intervalos de tempo, seja para outros
circuitos que dependem de tal temporizador ou mesmo para registrar intervalos de tempo em nosso
dia-dia.
1.2 Objetivos da Experiência

● Desenvolver e testar o circuito sequencial relativo à memória semicondutora de 3

bits e ao relógio digital.
● Registrar os procedimentos de montagem e teste realizados juntamente com os
resultados obtidos na memória de 3 bits.

2. Fundamentação Teórica
2.1. Componentes Utilizados no Relógio Digital e na Memória de 3 bits:
● 7 Flip-Flops tipo JK;
● 1 pulser gerador de clock;
● 2 Displays de 7 segmentos;
● 16 Chaves lógicas;
● 14 Portas Lógicas 2-in AND;
● 2 Portas Lógicas 3-in AND.
● 6 Flip Flops tipo D;
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 ● 9 Displays Lógicos;
● 3 Portas Lógicas 2-in OR;
● 2 Inversores;
● 3 Buffers de 3 estados

2.2. Descrição dos Componentes

Flip Flop JK: Um flip flop é um circuito integrado que funciona através de pulsos,
quando pulsado é capaz de armazenar um dado de um bit. O flip flop JK utiliza de uma
entrada Set e uma Reset, Set coloca sua saída Q em nivél lógico 1, quando ativada, e Reset
coloca sua entrada em nível lógico 0, quando ativada, sendo ambas ativadas pelo nível
lógico 0. Sua entrada localizada entre as entradas J e K é chamada entrada clock, que recebe
os pulsos ativadores do circuito. O clock operado neste flip flip é considerado na borda de
descida da onda do clock.
Símbolo:

Figura 1: Flip-Flop JK.

Porta Lógica AND: É uma porta lógica do modelo (E), a qual possui no mínimo 2
entradas lógicas para fazer a comparação. Se, e somente se, as suas duas entradas forem
“Verdadeiras” sua saída será “Verdadeira”. Caso contrário, em qualquer outra situação
lógica em suas entradas, sua saída será “Falsa”.
Símbolo:

Figura 2: Porta Lógica AND.

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 Chave Lógica (Logic Switch): Logic Switch, nada mais é do que uma chave
lógica, na qual atribuímos sua saída “Verdadeira” = 1 ou “Falsa” = 0. E com ele
podemos controlar todas as entradas de dados e controles do projeto em questão
durante as simulações.
Símbolo:

Figura 4: Chave Lógica. (Fonte: Circuit Maker versão 2000).

Display de 7 Segmentos: É um mostrador que recebe 4 entradas de dados (1, 2, 3
e 4), do circuito do contador, e os interpreta como os bits dos números em base binária,
seus 7 segmntos são orientados de A até G, e dependendo da combinação binária recebida,
irão ser ativados para mostrar um número decimal representado natabela a seguir pela saída
NUM.
Símbolo:

Figura 5: Displays de 7 Segmentos. (Fonte: Circuit Maker versão 2000).

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 Pulser: É um dispositivo que libera um sinal lógico de valor 1 dentro de cada
intervalo de tempo definido por sua frequência em Hz. Esse sinal é utiliado como o clock
para ativar os flip flop JK do circuito de contadores síncronos.
Símbolo:

Figura 6: Pulser (Fonte: Circuit Maker versão 2000).

Porta Lógica NOT ou Inversor: Realiza a inversão de sinal lógico recebido, seja
ele 0 ou 1. Assim se uma entrada de sinal 1 passa a ter saída com valor 0, uma entrada de
valor 0 passa a ter saída com valor 1;
Símbolo:

Figura 7: Porta Lógica NOT ou Inversor.

Porta Lógica OR: É uma porta lógica do modelo (OU), a qual possui no mínimo 2
entradas lógicas para fazer a comparação. Sua saída será “Verdadeira” quando pelo menos
umas de suas entradas for “Verdadeira”. Sua saída será falsa somente quando suas duas
entradas forem “Falsas”.

Símbolo:

Figura 8: Porta Lógica OR.

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 Display Lógico (Logic Display): É caracterizado por um LED acoplado na saída
do circuito, e tem a função de mostrar o resultado de uma operação lógica. Por convenção
usa-se a luz do display acesa para saída verdadeira e luz do display apagada quando a saída
é falsa.
Símbolo:

Figura 9: Display Lógico.

Flip Flop tipo D: É um circuito digital que pulsado é capaz de servir como uma
memória de um bit. O flip flop D é um tipo de flip flop que possui uma entrada ligada
diretamente com a saída quando ocorre uma mudança no clock ou também chamado de
pulsação. Dessa maneira, quando a entrada de dados for igual a 1 sua saída também será 1,
e quando a entrada de dado for igual a 0 sua saída também será igual a 0.
Símbolo:

Figura 10: Flip-Flop D.

Buffer de 3 Estados: Permite a geração de 3 saídas, uma com valor igual 0, uma
igual a 1 e uma igual z. A saída z pode ser entendida como uma saída desconectada devido
ao seu estado de alta impedância. O Buffer de 3 Estados possui um estado chamado “estado
de alta impedância” em que ele está desconectado do circuito, portanto sua saída não está
em nível alto (1) nem baixo (0), o que o torna ideal para conectar vários sinais a um único
ponto.
Símbolo:

Figura 11: Porta Lógica tristate.

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 3. Procedimentos Executados

3.1. Descrição dos procedimentos executados

Experiência: Montagem e teste do circuito síncrono da Memória de 3 bits e do Relógio

Digital

Parte 1: Montagem do Relógio

Montagem do contador de unidades: Temos 4 Flip Flops acionados com um clock

recebido do pulser, que irá fazer a contagem crescente de 0 em base decimal ((0000 2), até 9 em
base decimal (10102). Sua saída é de 4 bits os quais são passados pro display de 7 segmentos das
unidades. As entradas S e R dos Flip Flops representam Set e Reset respectivamente, sendo ambas
ativadas em nível lógico 1, Set coloca as saídas Qs em 1 e Reset as definem como 0.
Para entendermos qual entrada devemos ter em J e K de cada Flip Flop, fazemos os mapas
de Karnought com base nas saídas Qs atuais em relação às saídas Qfs (saída Q futura).

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Figura 12: Mapas de Karnough do contador 1.

Figura 13: circuito do contador 1.

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 Montagem do circuito síncrono contador de dezenas: Temos 3 Flip Flops acionados
com um clock recebido da combinação (10012), que irá fazer a contagem crescente de 0 em base
decimal ((0002), até 5 em base decimal (1012). Sua saída é de 3 bits os quais são passados pro
display de 7 segmentos das dezenas. As entradas S e R dos Flip Flops representam Set e Reset
respectivamente, sendo ambas ativadas em nível lógico 1, Set coloca as saídas Qs em 1 e Reset as
definem como 0.
Para entendermos qual entrada devemos ter em J e K de cada Flip Flop, fazemos os mapas
de Karnought com base nas saídas Qs atuais em relação às saídas Qfs (saída Q futura).

Figura 14:Mapas de Karnough contador 2.

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 Considere Cx como a entrada da combinação (10012), utilizada como clock no contador das
dezenas.

Figura 15:Circuito contador 2.

Montagem do circuito síncrono contador de unidades e dezenas: O relógio é capaz de

contar suas unidades de 0 a 9 e suas dezenas de 0 a 5, sendo assim, temos um primeiro contador
constituído de 4 Flip Flops (4 bits), contando de 0 decimal (00002), a 9 decimal (10012), que recebe
como clock as saídas do pulser, em seguida temos o segundo contador com 3 Flip Flops (3 bits),
sincronizado com o primeiro, que conta de 0 decimal (0002), a 5 decimal (1012), este recebendo
como clock a saída 9 em binário do primeiro contador, sendo assim, seu clock será ativado somente
quando as unidades chegarem em 9 e for necessário aumentar 1 unidade na dezena. Quando o
contador chegar em 59 decimal, sendo (10012) no primeiro contador e (1012) no segundo contador,
o relógio é reinicado em 00 decimal.

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 Figura 16: Circuito do relógio completo.

Parte 2: Montagem e Teste da Memória de 3 bits

Montagem do Decodificador de endereços: A memória implementada neste projeto tem

a capacidade de armazenar 2 palavras sendo compostas por 3 Bits cada, sendo necessário a
implementação de três entradas de dados (L0, L1, L2) no circuito. E para salvarmos os conteúdos,
é essencial a implementação do Decodificador de Endereços, onde o mesmo terá que possuir 1
entrada (A0 sendo 1 ou 0 para selecionar fileira de Flip Flops que será utilizada). Sua função é
responder a entrada recebida e direcionar para a memória, em qual espaço a informação pode ser
salva ou lida. Por se tratar de uma memória de 3 Bits 2x3, foi necessário apenas uma chave lógica
e um inversor de sinal para realizar a seleção conforme mostrado na figura.

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 Figura 17: Decodificador de endereços.
Montagem da Unidade de Armazenamento: Para que as 2 palavras fossem armazenadas
dentro da memória, foi implementado no circuito uma Unidade de Armazenamento composta por
6 Flip-Flops do tipo D. Em geral, um Flip-Flop pode ser definido como um biestável que funciona
através de pulsos e tem a capacidade de funcionar como uma memória de 1 bit. Diferentemente da
maioria dos Flip-Flops, o tipo D possui apenas uma entrada que é diretamente ligada à saída, assim
quando a entrada de dados é igual a 1 a saída também terá valor 1, da mesma forma quando a
entrada for igual a 0. Além da utilização dos Flip-Flops foram também utilizados 8 portas lógicas
AND e 3 portas lógicas OR de 2 entradas, sendo ligados aos Flip-Flops tipo D conforme o mostrado
na figura.

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 Figura 18: Unidade de armazenamento.
Montagem do Controle de leitura e escrita: Devido à memória ter a funcionalidade de
ler e escrever, foi necessário o desenvolvimento de um Controle de Leitura e Escrita. Junto à essas
duas operações, foi também implementado ao circuito, o controle de ativação da saída da memória
e o controle de ligar e desligar o circuito completo. Dessa forma, o controle de Leitura e Escrita
possuí 3 chaves lógicas de controle com 3 funções diferentes. Para sua montagem foi necessário
utilizar 3 chaves lógicas, 1 Porta Lógica NOT, 2 Portas Lógicas AND, conforme mostrados na
figura abaixo.

Figura 19: Controle de leitura e escrita.

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 Funcionamento do Decodificador de Endereços: Como temos apenas 2 fileiras para
serem selecionadas, o decodificador de endereços opera em 0 ou 1, sendo assim, toda vez que este
se encontra com sinal 0 recebido da chave lógica A0, é ativada a primeira fileira da memória para
que se executem os procedimentos, da mesma forma para quando recebe sinal 1, operando a fileira
2, como mostrado na tabela abaixo.
A0 Fileira
0 Fileira 1
1 Fileira 2

Funcionamento do Controle de Leitura e Escrita: O controle de Leitura e escrita tem

três funções principais, permitir a leitura e a escrita (RD), habilitar ou desabilitar a saída de dados
da memória (OE) e ligar ou desligar a memória (CS).
A chave RD cuida do chaveamento entre a leitura e a escrita de dados nos Flip Flops, sendo
possível realizar apenas uma ou outra operação por vez. Quando a chave RD muda de valor lógico
1 para o valor lógico 0 ocorre a escrita de dados na fileira selecionada pelo decodificador de
endereços, por outro lado, quando a chave de RD muda de valor lógico 0 para o valor lógico 1,
ocorre por sua vez a leitura dos dados contidos na fileira selecionada pelo decodificador e o seu
valor é apresentado na saída.
A chave do CS é responsável por ligar e desligar o circuito da memória. Quando o CS
encontra-se no nível lógico 0 não é possível realizar nem leitura e nem escrita de dados. Quando
está em nível lógico 1 a memória tem seu funcionamento normal, já a chave OE é responsável por
habilitar ou desabilitar a amostra dos dados lidos na saída, em nível lógico 1 os dados são
mostrados nas saídas O1, O2 e O3, enquanto em nível lógico 0 esses dados não são mostrados.
Funcionamento da Unidade de Armazenamento: É composta por duas fileiras de 3 Flip
Flops D (FF D) cada uma. Como cada Flip Flop D possui a capacidade de armazenar um único bit
foram utilizados 3 destes circuitos sequenciais para armazenar cada palavra, como esta memória
possui a capacidade de armazenar até 2 palavras de 3 bits foram usadas 6 destes Flip Flops D. Os
valores lógicos contidos em cada Flip Flop D variam conforme a seleção dos dados inseridos, da
fileira correspondente a selecionada no decodificador e ao estado da chave RD, responsável por
permutar entre leitura e escrita.

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 Funcionamento do Buffer de 3 Estados: Para mostrar os dados contidos em cada fileira
de FF foi necessário a utilização de três displays lógicos, uma para cada bit contido em cada FF,
ligados a buffers de três estados, ou seja, quando o OE ou o CS estão desabilitados o buffer de três
estados opera como se a parte que lhe é ligada não existisse, ou seja, como se não estivesse
conectado a nenhum outro circuito e nenhuma corrente passasse por ali, quando o estado lógico
tem valor 0 o buffer não permite a passagem deste dados para o display lógico que fica desligado
e quando o estado lógico tem valor lógico 1 o buffer libera a passagem do dado e o display lógico
pode ficar aceso ou apagado, o que é definido pelo valor lógico armazenado no FF D
correspondente.
Funcionamento Geral: Tendo em mente esses conceitos e sabendo que a escrita e a leitura
para cada palavra é a mesma, iremos apenas explicar para uma delas. Com as chaves CS e OE em
estado lógico 1, ou seja, ativadas e o circuito funcionando. Com o decodificador de endereços
seleciona-se a fileira de Flip Flops D à serem escritos ou lidos os dados utilizando-se a chave RD.
Caso RD esteja em estado lógico 1, aparecerão em seus displays lógicos os estados lógicos dos
Flip Flops selecionados por meio do LED, neste momento pode-se alterar as entradas de dados (I0,
I1, I2) e selecionar um outro endereço através do decodificador para se fazer a escrita dos bits, ao
mudar a chave para o estado lógico 0, os Flip Flops selecionados pelo decodificador irão realizar
a escrita destes novos dados. Caso RD esteja em estado 0 a saída buffer estará desativada, ou seja,
não apresentará nenhum dado nos seus displays lógicos, ao mudar para o estado lógico 1 a saída
no buffer irá apresentar os dados contidos na fileira de Flip Flops D selecionada pelo decodificador,
ao permutar a entrada do decodificador a saída no buffer apresentará os dados contidos nestes sem
a necessidade de chavear o valor de RD.

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Figura 10: Circuito completo Memória Semicondutora de 3 bits.

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 4. Conclusão

O objetivo do primeiro experimento foi o desenvolvimento de um relógio digital,

que realiza a contagem de 0 a 59.
Para a montagem do relógio, foram utilizados 21 componentes. Para que fosse
possível a contagem das unidades, foi-se elaborado um contador síncrono de 4 bits com
uso de um pulser para gerar seu clock ativador, e já para a realizar a contagem das dezenas,
utilizou-se um contador de 3 bits, com seu clock sendo ativado quando o contador das
unidades atingia a contagem 9 em base decimal.
Já no segundo experimento, foi-se elaborada uma Memória Semicondutora de 3 bits
com armazenamento de 2 palavras. O objetivo desse experimento foi o desenvolvimento
de uma Memória Semicondutora de 3 bits, que realiza os procedimentos de escrita,
armazenamento e exibição ou leitura.
Para a montagem da memória, foram utilizados 44 componentes. Para que fosse
possível o armazenamento de duas palavras. O armazenamento é a principal função da
memória. Para tal procedimento, foi montado uma unidade de armazenamento. Nessa
unidade, foram utilizados três Flip-Flops do tipo D para cada uma das palavras que podem
ser escritas, totalizando 6 Flip-Flops, cada qual com a função de armazenar um bit.
Como último passo, para a exibição das palavras, foi montado o buffer de 3 estados.
Com a utilização de Logic Displays foi possível, durante os testes, a visualização das
palavras de acordo com o controle de leitura.
No geral, a memória foi montada, testada e concluída, realizando, assim, o sucesso
no objetivo deste trabalho como um todo.

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5. Bibliografia
Tanenbaum, A. S. Organização Estruturada De Computadores. Editora Prentice-Hall
Do Brasil Ltda., 1992.
Floyd, Thomas. Sistemas Digitais: Fundamentos E Aplicações. 9ª Edição. Bookman
Companhia Editora.
Harris, David Money; Harris, Sarah L. Digital Design And Computer Architecture From
Gates To Processors. Editora Elsevier Ise, 1ª Edição, 2007.
Vahid, Frank. Sistemas Digitais: Projeto, Otimização E Hdls. Bookman Companhia Edi-
Tora, 1ª Edição – 2008.
Tocci, Ronald J.; Widmer, Neal S. Moss, Gregory L. Sistemas Digitais: Princípios E
Aplicações. Editora: Pearson Prentice Hall, 10ª Edição, 2007.
Capuano, Francisco Gabriel E Idoeta, Ivan V. Elementos De Eletrônica Digital. Editora
Érica, 40ª Edição, 2006.
Uyemura, John Paul. Sistemas Digitais: Uma Abordagem Integrada. Editora Thomson
Pio-Neira, 1ª Edição, 2002.

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