Divisão de Engenharia Eletrônica
Laboratório de ELE-20
Versão original: Prof. Duarte Lopes de Oliveira
Versão digital : Maj. Fábio Durante
Prof. de Laboratório: Prof. Alexis Tinoco
Sala 177 r. 6932 [email protected]
Experiência 4: Síntese e Análise de uma Unidade Lógica Aritmética (ULA)
1. Objetivos
a. Familiarização com a implementação de circuitos digitais em proto-board; e
b. Familiarização com técnica de Mapa de Karnaugh reduzido.
2. Instruções gerais
Para cada um dos tópicos abaixo, observe o que se pede em negrito. Quando a solicitação é da forma:
•
“Projete”, espera-se que os alunos projetem os circuitos seguindo algum tipo de especificação dada.
Assim, os cálculos combinacionais, procedimentos de minimização ou outros mecanismos utilizados
para o projeto e o diagrama esquemático final do circuito devem ser mostrados (constar do relatório).
•
“Monte”, espera-se que o circuito dado ou projetado seja montado em proto-board de maneira
organizada, com as entradas e saídas identificadas. Os componentes serão fornecidos pelo
almoxarife, devendo os mesmos serem retornados após a avaliação dos circuitos pelo instrutor.
“Simule”, espera-se que seja utilizado um software de captura esquemática ou VHDL para a
obtenção dos resultados. Assim, o diagrama esquemático (no caso de captura esquemática)
deve ser apresentado, bem como o diagrama de temporização contendo as entradas e as saídas.
“Analise”, espera-se que sejam obtidas as expressões lógicas, tabelas verdade, a partir de um
diagrama esquemático, diagrama de temporização ou outra informação sobre o circuito lógico.
Dessa forma, os procedimentos de análise devem ser mostrados no relatório.
•
•
Um breve comentário sobre os resultados, observações e dificuldades é esperado para todas as
tarefas.
3. Informações úteis
3.1 Especificações básicas da ULA 74181
Tabela verdade para Active-Low Data
Não deixe de consultar o Data Book para mais informações.
3.2 Projeto completo de uma ULA de um BIT.
Com o objetivo de exemplificar o projeto de uma ULA de 1 bit considerarão-se as operações
apresentadas na Tabele 1.
Tabela 1: Tabela de operações da ULA a ser projetada.
M
1
1
C0
0
0
S1
0
0
S0
0
1
Saída
F=A
Comentário
Entrada A transferida para a Saída
Complemento de um de A
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
X
X
0
0
0
1
F= A mais B mais 1
Fi = Ai
Fi = A i
Entrada Ai transferida para a saída Fi
Entrada Ai complementada e transferida para a saída Fi
0
0
X
X
1
1
0
1
Fi = Ai ⊕ Bi
Fi = A i ⊕ B i
ou exclusivo
Não ou exclusivo
F= A
F=A mais B
Soma de A com B
Soma de B e complemento de um de A
F= A mais B
F=A mais 1
Incrementa A
Complemento de dois de A
F= A mais 1
F=A mais B mais 1
Incrementa soma de A mais B
B menos A
3.2.1) Elaboração dos mapas de Karnaugh e redução das funções F e Carry.
Função Carry:
S1S0
MC
00
01
11
10
00
01
11
10
X
X
A
X
X
X
A
X
X
X
A+B
AB
X
X
A+B
AB
C n = A M CS1 S0 + A M CS1 S0 + M C A BS1 S0 + M C A BS1 S0 + ( A+B ) M C S1 S0 +
+ ( A+B ) M C S1 S0
Simplificando a expressão Cn, obtém-se:
C n = ( MC )( A ⊕ S0 ) +S1B ⎡⎣( MC ) ⊕ ( A ⊕ S0 ) ⎤⎦
Função de saída F:
S1S0
MC
00
01
11
10
00
01
11
10
A
A
A
A
A
A⊕ B
A⊕ B
A⊕ B
A⊕ B
A⊕ B
A
A⊕ B
A
A
A⊕ B
A⊕ B
F = A S1 ( ( MC ) ⊕ S0 ) + AS1 ( ( MC ) ⊕ S0 ) + S1 ( A ⊕ B ) ( ( MC ) ⊕ S0 ) +
+ S1 ( A ⊕ B ) ( ( MC ) ⊕ S0 )
Simplificando a expressão de F, obtém-se:
F = ( MC ) ⊕ S0 ⊕ A ⊕ ( BS1 )
3.2.2) Desenho esquemático do circuito:
3.3 Exemplo simples de output.
3.4 Material necessário para as montagens:
4 LED; 4 Resistores 330 Ω (ou próximo); 1 CI 74181, CIs 7408, 7432, 7486 (verificar quantidade após
o projeto feito); fios para proto-borad; fonte de +5V; alicate de corte; e prot-borad.
4. Montagens:
4.1 Monte a ULA de 1 bit esquematizada no circuito lógico abaixo.
Verifique a validade a tabela de operações abaixo:
M
1
1
C0
0
0
S1
0
0
S0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
Saída
F=A
F= A
F=A mais B
F= A mais B
F=A mais 1
F= A mais 1
F=A mais B mais 1
F= A mais B mais 1
Comentário
Entrada A transferida para a Saída
Complemento de um de A
Soma de A com B
Soma de B e complemento de um de A
Incrementa A
Complemento de dois de A
Incrementa soma de A mais B
B menos A
4.2 Utilizando a ULA 74181, projete um circuito que realize as seguintes operações (0)d+(0)d ,
(3)d+(5)d , (8)d-(5)d , (8)d+(8)d. Esse circuito deve ter diodos leds para indicar o resultado da
operação, um diodo led para sinalizar a condição quando A=B e um único switch (chave) para
conmutar entre a operação de soma e de subtração. Observe o diagrama de blocos abaixo.
5. Simulação:
5.1 Projete uma ULA como célula básica (1 bit) que executa as operações da tabela abaixo:
A
M
Célula
Básica
C
Mostre:
B
F
C0
S0
S1
a. A tabela de verdade de F e C de cada operação;
b. A tabela de verdade de F e C;
c. A implementação desta ULA usando como componente principal um MUX 8x1 que
possua uma entrada “Enabled” ativada em baixo;
d. A implementação utilizando função multinível (mostre também os mapas de Karnaugh
reduzidos utilizados para chegar às funções F e C).
5.2 Simule, através do captura esquemática, o problema anterior na condição em que não foram
utilizados MUX. Mostrando o resultado de todas as 12 operações para:
a. A=1, B=0
b. A=0, B=1
c. A=1, B=1
6. Comentários Finais
O relatório para esse laboratório segue o mesmo padrão dos anteriores e deve ser entregue na
próxima aula de laboratório de cada grupo.