Eletrônica Digital - EXAME

O roteiro como a instituição entrega

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ATIVIDADE PRÁTICA DE ELETRÔNICA DIGITAL - EXAME 1. Introdução

Este roteiro tem como objetivo orientar a realização dos experimentos práticos da disciplina de Circuitos Elétricos I, apresentando instruções passo a passo para as etapas teóricas, de simulação e experimentais, o que facilitará a compreensão dos procedimentos.

2. Objetivos

• Compreender o funcionamento de portas lógicas e flip-flops;
• Interpretar tabelas verdade e diagrama de estados;
• Desenvolver circuitos combinacionais e sequenciais;
• Utilizar simuladores e ferramentas práticas para validar os conceitos estudados.

3. Estrutura da Atividade

Cada experimento é composto por três etapas, que devem ser realizadas na seguinte ordem:

• Etapa Teórica:

Realize os cálculos e preencha as tabelas de resultados conforme o enunciado do experimento.

• Etapa Simulada:

Utilize o simulador de circuitos, como o SimulIDE por exemplo, para validar os resultados teóricos.

• Etapa Experimental:

Monte o circuito e realize as medições utilizando equipamentos de bancada:

multímetro, protoboard e fonte de tensão.

Para esta etapa, é obrigatório a execução prática e experimental, não podendo ser substituída por simulação.

4. Agendamento e Uso do Laboratório Didático

Embora a atividade prática não seja obrigatoriamente realizada no polo, é imprescindível que ocorra de forma prática e experimental, em atendimento às exigências do MEC. Se você possui os equipamentos necessários (protoboard, multímetro e fonte de tensão) em casa, no trabalho ou em outro local, poderá executá-la sem precisar ir ao polo.

Caso você não tenha acesso a esses recursos, estará à disposição o laboratório didático do polo, que fornece os equipamentos básicos para a montagem dos circuitos. Porém, será necessário realizar o agendamento do laboratório previamente, esse processo é feito por meio do AVA (menu de Avaliações), para garantir a disponibilidade dos materiais e do espaço.

5. Consumíveis – Componentes que precisam ser comprados

Você precisará adquirir, por conta própria, os componentes eletrônicos consumíveis. Estes incluem, por exemplo, resistores, capacitores, LEDs, entre outros, de acordo com o roteiro de cada experimento.

Esses itens podem ser adquiridos em lojas de eletrônica (físicas ou online).

A UNINTER dispõe de uma loja virtual em que você pode encontrar todos esses consumíveis: https://www.lojauninter.com Importante: Realize a compra dos consumíveis até as primeiras duas semanas da fase, a fim de não atrasar a realização da sua atividade prática.

6. Materiais e Equipamentos Necessários

Equipamentos disponíveis no polo:

Consumíveis (não são fornecidos pelo polo, precisam ser adquiridos):

CONSUMÍVEIS

(NÃO FORNECIDOS PELO POLO)

A elaboração do relatório é uma etapa fundamental para demonstrar o que foi aprendido e como cada atividade foi executada. Nesse sentido, é importante apresentar informações suficientes para que o professor responsável pela correção compreenda.

Cálculos Teóricos

• Apresente as equações relevantes utilizadas nas etapas teóricas;
• Caso use alguma ferramenta matemática na resolução, apresente fotos ou captura de telas para evidenciar os passos ou a lógica que o levou à solução.
• É obrigatório demonstrar como chegou aos resultados teóricos, evidenciando o raciocínio utilizado. Não é necessário mostrar cada passo minuciosamente, mas sim o suficiente para confirmar a compreensão.

Resultados de Simulação

• É obrigatório anexar algumas telas de simulação mostrando o circuito montado e os valores medidos ou as análises de tensão/corrente.
• Não é necessário inserir dezenas de capturas, selecione as principais que evidenciem o funcionamento correto do circuito.

Resultados Experimentais

• É obrigatório apresentar fotos nítidas do circuito montado na protoboard.
• É obrigatório que em cada foto, tenha um papel manuscrito com data, seu nome e

RU. Inserções digitais (via edição de imagem) não são aceitas.

• Não é necessário inserir dezenas de fotos, selecione as principais que evidenciem o funcionamento correto do circuito.

Experimento 01 – Circuito Lógico

OBJETIVO

Este experimento tem como objetivo analisar o funcionamento prático de portas lógicas fundamentais (NOT, AND e OR), utilizando circuitos integrados da família TTL. A atividade visa permitir ao aluno a identificação dos níveis lógicos associados às entradas e saídas dos circuitos, bem como a validação empírica da tabela verdade de uma expressão lógica combinacional. Por meio da simulação e da montagem em protoboard, o aluno será capaz de observar o comportamento elétrico dos circuitos lógicos e comparar os resultados obtidos com os previstos teoricamente.

MATERIAL UTILIZADO

Segue abaixo a relação de componentes e equipamentos a serem utilizados:

COMPONENTES

Quantidade Material Utilizado 1 SN74LS04N 1 SN74LS08N 1 SN74LS32N 1 LED Vermelho 3 Resistor 10k Ohm 1 Resistor 240 Ohm 3 Switch SPST

EQUIPAMENTOS

Quantidade Descrição 1 Multímetro 1 Fonte de tensão 1 Protoboard

ETAPA TEÓRICA

Neste experimento será analisado o funcionamento de um circuito lógico combinacional composto por portas NOT, AND e OR. A estrutura lógica é representada por meio de circuitos integrados.

Considere o circuito lógico mostrado na figura abaixo. Ele é formado por três entradas (S1, S2 e S3) e uma única saída conectada a um LED. As portas lógicas utilizadas estão representadas por seus símbolos funcionais, e sua implementação será feita com os CIs 7404, 7408 e 7432:

S1 S2 S3 O circuito utiliza chaves do tipo push-button associadas a resistores de pull-up conectados ao barramento positivo de 5 V. Essa configuração garante que, quando a chave está aberta (não pressionada), o ponto de entrada mantém nível lógico alto (5 V). Ao pressionar a chave, o terminal é conectado diretamente ao GND, assumindo nível lógico baixo (0 V).

É importante destacar que, ao analisar circuitos digitais, o foco deve estar no nível lógico de cada entrada (0 ou 1), e não na posição física da chave. O funcionamento lógico depende do estado de tensão nos pontos de entrada, o que pode ser alterado por meio de diferentes tipos de acionamento ou sensores, sem que isso modifique a lógica do circuito.

Responda os itens abaixo:

• Escreva a expressão booleana da saída do circuito.
• Construa a tabela verdade correspondente à expressão obtida.

• Construa o mapa de Karnaugh com base na tabela verdade.

A̅ A

• Obtenha a expressão booleana mínima com base no mapa de Karnaugh.

ETAPA SIMULADA

Nesta etapa, o circuito lógico será simulado com o auxílio de softwares específicos, com o objetivo de validar o funcionamento lógico e comparar os resultados obtidos com os previstos teoricamente. Essa etapa permite identificar falhas de projeto antes da montagem física e reforçar a interpretação da lógica implementada..

O circuito pode ser simulado de duas formas distintas:

a) Utilizando os símbolos lógicos funcionais

Nesse formato, o circuito é representado por símbolos padronizados das portas lógicas (NOT, AND e OR), como mostrado anteriormente. Essa abordagem permite focar na lógica booleana da função implementada, sem se preocupar com os detalhes físicos de conexões dos terminais dos CIs.

b) Utilizando os circuitos integrados com seus terminais reais

Neste caso, os circuitos integrados (7404, 7408 e 7432) são representados com o layout e a numeração de terminais idênticos aos dos datasheets, incluindo entradas, saídas, alimentação (VCC) e terra (GND). Essa abordagem aproxima a simulação do cenário real de montagem em protoboard e ajuda o aluno a se familiarizar com a disposição física dos terminais.

Aabaixo, apresenta-se o esquemático dos circuitos integrados utilizados no experimento, conforme representado nos datasheets:

A imagem a seguir mostra o circuito simulado utilizando os CIs com seus terminais reais. Essa representação segue o padrão de montagem adotado na prática, incluindo as conexões de alimentação (VCC nos terminais 14 e GND nos terminais 7), entradas e saídas lógicas. Essa simulação servirá de base para a montagem na protoboard na próxima etapa.

Responda os itens abaixo:

• Teste o circuito aplicando todas as combinações possíveis de entrada (S1, S2 e

S3) e observe o comportamento da saída (LED). Preencha a tabela verdade abaixo:

• Registre capturas de tela para quatro combinações distintas, evidenciando o estado das entradas e a resposta da saída.
• Compare os resultados observados com a tabela verdade elaborada na etapa teórica. Se houver divergências, revise as conexões lógicas, a alimentação do circuito, os estados iniciais das entradas ou os próprios resultados teóricos.

ETAPA EXPERIMENTAL

Nesta etapa, o circuito lógico será montado fisicamente com o uso de protoboard, fonte de tensão, multímetro e os componentes especificados. O objetivo é validar, por meio da prática, os conceitos estudados nas etapas teórica e simulada.

A seguir, apresenta-se uma sugestão de montagem na protoboard para este experimento.

1º Passo: Posicione os circuitos integrados 7404, 7408 e 7432 na protoboard, alinhados um ao lado do outro. Certifique-se de que o chanfro (entalhe semicircular) de cada CI esteja voltado para a esquerda. Com essa orientação, os terminais de 1 a 7 estarão voltados para a parte inferior da protoboard, e os terminais de 8 a 14, para a parte superior, conforme mostrado nos esquemáticos dos CIs apresentados anteriormente. Os CIs devem ser inseridos de modo que fiquem centralizados sobre o canal central (vão) da protoboard, de forma que os terminais de um lado fiquem em uma metade da placa e os do outro lado na metade oposta. Esse canal central atua como separador elétrico entre as conexões dos terminais.

2º Passo: Conecte os terminais de alimentação dos circuitos integrados às colunas de VCC e GND da protoboard utilizando fios. O terminal 14 de cada CI deve ser conectado ao VCC (+5 V) e o terminal 7 ao GND, conforme especificado nos datasheets.

3º Passo: Realize as conexões lógicas entre os circuitos integrados, conforme o circuito apresentado. Utilize fios de cores variadas, respeitando a organização da protoboard. Certifique-se de que a fonte esteja desligada antes de conectar qualquer fio.

4º Passo: Monte o circuito de entrada utilizando os três botões do tipo Switch (chave) com resistores de Pull-Up de 10 kΩ conectados ao VCC.

5º Passo: justar corretamente a fonte de alimentação antes de energizar o circuito. Com os cabos de alimentação ainda desconectados da protoboard, utilize os botões de ajuste de tensão (V) coarse (grosseiro) e fine (fino) da fonte para configurar a tensão de saída em 5 V ±5%. Certifique-se também de que o botão de corrente (A) esteja ajustado adequadamente: ele limita a corrente máxima a ser fornecida. Caso esteja com valor muito baixo ou zerado, a fonte não conseguirá fornecer a tensão necessária, prejudicando o funcionamento do circuito.

Após ajustar e confirmar a saída da fonte com o auxílio do multímetro digital, conecte os cabos nas trilhas de alimentação da protoboard, respeitando os polos positivo e negativo.

6º Passo: Ligue a alimentação do circuito. Com o auxílio do multímetro, verifique a tensão nos terminais VCC e GND de cada circuito integrado, posicionando a chave do multímetro na escala de 20 V. A tensão medida deve estar dentro da faixa de 5 V ± 5%, conforme ajustado na fonte.

Após finalizar a montagem do circuito, responda os itens abaixo:

• Aplique nas três chaves de entrada todas as combinações possíveis de nível lógico (0 e 1) e observe o comportamento do LED na saída. Preencha a tabela verdade a seguir com os resultados experimentais:

• Registre pelo menos quatro fotos demonstrando o circuito funcionando para diferentes combinações de entrada. As imagens devem mostrar claramente o estado das chaves e o comportamento do LED. As fotos devem conter um papel manuscrito com seu nome completo, RU e data. Se preferir, pode utilizar um documento pessoal com foto próximo ao circuito, ou uma selfie com o circuito ao fundo.

Experimento 02 – Flip Flop

OBJETIVO

Este experimento tem como objetivo analisar o funcionamento prático de Flip-Flops do tipo JK, utilizando circuitos integrados da família TTL. O aluno deverá compreender o comportamento dinâmico de circuitos sequenciais síncronos, identificar transições de estado a partir da aplicação de pulsos de clock e preencher a tabela de estados com base nos sinais de entrada e resposta nas saídas. A atividade permitirá observar, na prática, o conceito de memória e o uso de Flip- Flops em contadores binários.

MATERIAL UTILIZADO

Segue abaixo a relação de componentes e equipamentos a serem utilizados:

CONSUMÍVEIS

Quantidade Material Utilizado 2 74LS112 ou 74HC112 1 74LS08 ou 74HC08 4 LED VERMELHO 1 Resistor 10k Ohm 3 Resistor 240 Ohm 1 Switch SPST

EQUIPAMENTOS

Quantidade Descrição 1 Multímetro 1 Fonte de tensão 1 Protoboard Observação: cada CI 74112 contém dois Flip-Flops JK. Neste experimento, serão utilizados três Flip-Flops, portanto será necessário utilizar dois CIs.

ETAPA TEÓRICA

A seguir, é apresentado o circuito lógico sequencial que será implementado neste experimento. Ele é composto por três Flip-Flops do tipo JK e uma porta lógica AND adicional. A aplicação de pulsos de clock, controlados por uma chave (switch), provoca a mudança de estado do circuito a cada acionamento.

O sistema possui quatro LEDs conectados às saídas do circuito. Três desses LEDs indicam os estados Q3, Q2 e Q1 dos Flip-Flops, sendo Q3 o bit mais significativo (MSB). O quarto LED, localizado à direita, permanece sempre aceso, pois está conectado diretamente à linha de alimentação positiva. Este LED representa a saída Q0 e mantém-se constantemente em nível lógico alto (1), devendo ser considerado ao interpretar o padrão completo de contagem.

Observação: Cada Flip-Flop está configurado com J = K = 1, o que provoca a troca de estado (toggle) a cada pulso de clock. A interação entre as saídas e a porta lógica AND gera uma sequência específica de transições.

Responda os itens abaixo:

• Para compreender o comportamento do circuito apresentado, utilize a tabela de transições de estados dos Flip-Flops. Você deverá preencher os valores das saídas

atuais (Q3, Q2 e Q1), as entradas de controle (J e K) de cada Flip-Flop, e os

próximos estados após a aplicação de um pulso de clock.

Cada linha da tabela representa uma combinação de estado atual. Como o circuito possui três Flip-Flops (Q3, Q2 e Q1), temos 8 combinações possíveis. A saída Q0, correspondente ao quarto LED fixo, está sempre em nível lógico alto (1) e não interfere na lógica sequencial.

Saída do Circuito

Dica para o preenchimento da tabela: Considere a tabela verdade do Flip-Flop JK:

No circuito deste experimento, todos os Flip-Flops estão configurados com J = K, o que nos permite simplificar a tabela:

Ou seja, quando J = K = 0, a saída se mantém.

Quando J = K = 1, a saída inverte seu valor a cada pulso de clock.

Essa lógica é fundamental para que você possa prever o próximo estado de cada Flip-Flop e preencher corretamente a tabela solicitada.

• Preencha a tabela abaixo com os valores das saídas Q3, Q2, Q1 e Q0, converta o valor binário correspondente para o sistema decimal.

• Com base na tabela preenchida no item anterior, identifique o padrão de funcionamento do circuito.

Descreva, com suas palavras, qual é a lógica da sequência apresentada nas saídas (Q3, Q2, Q1, Q0) a cada pulso de clock. O circuito representa algum tipo de contador? Se sim, qual tipo e qual é a sequência apresentada? Justifique sua resposta com base na análise da transição dos estados e na estrutura lógica do circuito.

• Com base na tabela preenchida, desenhe o diagrama de estados do circuito sequencial. Cada estado deve representar a combinação das saídas Q3, Q2, Q1 e Q0. Utilize setas para representar o avanço entre os estados, identificando visualmente o padrão da contagem.

ETAPA SIMULADA

Nesta etapa, o circuito apresentado será simulado utilizando um software de prototipagem digital, como o Tinkercad Circuits ou similar. O objetivo é validar o comportamento sequencial do sistema antes de sua montagem prática, permitindo a observação das transições entre os estados sem riscos de conexão inadequada ou danos aos componentes físicos.

O circuito pode ser representado de duas formas distintas durante a simulação:

• Representação lógica simplificada: Utiliza apenas os símbolos das portas lógicas e dos flip-flops JK, como ilustrado anteriormente. Essa forma facilita o entendimento do funcionamento lógico do circuito.
• Representação com circuitos integrados reais: Utiliza os CIs 74112 (flip-flop JK duplo com reset assíncrono) e 7408 (portas AND), incluindo todos os terminais de controle, alimentação e saídas. Essa forma se aproxima da montagem real na protoboard e auxilia o aluno a compreender as conexões dos Cis na prática, tornando a transição para a etapa experimental mais intuitiva.

Ambas as formas são válidas e podem ser escolhidas de acordo com a familiaridade do aluno com o software de simulação.

Responda os itens abaixo:

• Para compreender o comportamento do circuito apresentado, utilize a tabela de transições de estados dos Flip-Flops. Você deverá preencher os valores das saídas

atuais (Q3, Q2 e Q1), as entradas de controle (J e K) de cada Flip-Flop, e os

próximos estados após a aplicação de um pulso de clock.

Verifique os valores das entradas de controle (J e K) de cada Flip-Flop utilizando o terminal de provas ou o multímetro do simulador.

As saídas Q3, Q2, Q1 e Q0 podem ser identificadas visualmente pelos LEDs.

Saída do Circuito

• Capture e anexe quatro imagens do circuito em funcionamento, mostrando diferentes estados lógicos nos LEDs e nas medições das entradas, como comprovação da realização da simulação.
• Compare os resultados obtidos com a tabela preenchida na etapa teórica. Houve correspondência entre os valores simulados e os previstos?

Caso haja divergência, revise atentamente a simulação ou a etapa teórica, pois os resultados devem ser idênticos, refletindo o mesmo comportamento lógico do circuito.

ETAPA EXPERIMENTAL

Nesta etapa, será realizada a montagem física do circuito apresentado na etapa teórica, utilizando flip-flops JK e portas lógicas AND implementados com circuitos integrados reais. O objetivo é observar na prática a contagem realizada pelo sistema e validar o funcionamento do circuito com base nos resultados obtidos.

Esquemáticos dos circuitos integrados:

SN74LS112N SN74LS08N

Procedimentos de Montagem do Circuito

A seguir, apresenta-se uma sugestão de montagem na protoboard para este experimento.

1º Passo: Conecte na protoboard os circuitos integrados 74112 (serão utilizados dois), posicionando-os lado a lado, com o canal central da protoboard servindo como separação entre os terminais de cada lado dos CIs. A identificação do topo de cada circuito é feita por uma marcação semicircular conhecida como chanfro, localizada na extremidade superior do encapsulamento. Essa marcação indica a posição do terminal 1, que fica no canto inferior esquerdo quando o CI está com o chanfro voltado para a esquerda. A contagem segue no sentido anti-horário, de forma que o terminal 16 do 74112 estará no canto superior esquerdo, assim como o terminal 14 do 7408, no caso dos CIs de 14 pinos.. Essa referência é essencial para garantir a correta conexão dos terminais conforme o esquemático.

2º Passo: Conecte os terminais de alimentação dos circuitos integrados nas colunas laterais da protoboard, utilizando cabos rígidos.

Para os CIs 74112, conecte o terminal 16 de cada um à coluna de +VCC e o terminal 8 à coluna de GND. No caso do CI 7408, conecte o terminal 14 ao +VCC e o terminal 7 ao GND.

3º Passo: Realize as conexões entre os terminais dos circuitos integrados conforme o circuito esquemático apresentado, utilizando cabos rígidos de cores e tamanhos variados. Respeite sempre a lógica de interconexão da protoboard, garantindo que as ligações estejam firmes e bem distribuídas. Importante: Certifique-se de que a fonte de alimentação esteja desligada durante esta etapa.

4º Passo: Ajustar corretamente a fonte de alimentação antes de energizar o circuito. Com os cabos de alimentação ainda desconectados da protoboard, utilize os botões de ajuste de tensão (V) coarse (grosseiro) e fine (fino) da fonte para configurar a tensão de saída em 5 V ±5%. Certifique-se também de que o botão de corrente (A) esteja ajustado adequadamente: ele limita a corrente máxima a ser fornecida. Caso esteja com valor muito baixo ou zerado, a fonte não conseguirá fornecer a tensão necessária, prejudicando o funcionamento do circuito.

Após ajustar e confirmar a saída da fonte com o auxílio do multímetro digital, conecte os cabos nas trilhas de alimentação da protoboard, respeitando os polos positivo e negativo.

5º Passo: Começar a aplicar na chave de entrada de clock os pulsos de 0 e 1 (0V e 5V, respectivamente), verificando a sequência de acendimento dos LEDs das saídas.

Após finalizar a montagem do circuito, responda os itens abaixo:

• Observe a sequência de acendimento dos três LEDs conectados às saídas Q3,

Q2, Q1 e Q0. Para cada pulso de clock aplicado, anote a combinação de 0 e 1 observada, onde LED aceso representa nível lógico 1 e LED apagado representa nível lógico 0.

Preencha a tabela abaixo com os estados observados:

• Compare a sequência observada com a tabela de estados preenchida nas etapas teórica e simulada. Os resultados estão coerentes? Caso haja discrepâncias, revise cuidadosamente a montagem do circuito e a aplicação dos pulsos de clock.
• Registre e anexe pelo menos 4 imagens de diferentes estados do circuito, evidenciando claramente os LEDs acesos e apagados. As fotos devem mostrar a montagem completa.
• Elabore o relatório seguindo o modelo disponibilizado e apresente os resultados.