Sistemas Digitais: 4º Trabalho de Laboratório
Sistemas Digitais
4º Trabalho de Laboratório
“Latches”
Pretende-se com este trabalho que os alunos se familiarizem com o uso de latches e flip-flops.
Controlo automático da Torneira de um tanque de rega
Pretende-se um circuito para controlar o abrir/fechar duma torneira (que enche um tanque de rega); o seu
funcionamento é o seguinte:
- o circuito tem duas entradas, Inf e Sup, e uma saída, Torn; a torneira está aberta se e só se Torn =High;
- na superfície da água, há uma sonda boiando - que naturalmente vai subindo ou descendo à medida que o
tanque vai enchendo ou esvaziando;
- quando o tanque está a vazar, assim que a sonda desce abaixo dum
dado nível, Ninf, a variável de entrada Inf fica Low e a torneira deve abrir
enchendo o tanque. Assim que a sonda voltar a passar Ninf no sentido
ascendente, Inf irá ficar High, mas a torneira deve continuar aberta;
- quando o tanque está a encher, assim que a sonda sobe acima dum
dado nível, Nsup, a variável de entrada Sup fica High e a torneira deve fechar. Se, algum tempo depois, o tanque
começar a esvaziar, Sup irá ficar Low, mas a torneira deve continuar fechada;
- para bom entendedor, nunca acontece ficar Inf=Low e Sup=High, em simultâneo…
I.1 - Concepção de circuitos: Latches
1. Desenhe o esquema lógico do circuito (o mais simples possível) que concretiza a funcionalidade
especificada acima; use apenas portas NAND (se o Grupo for Par) ou apenas portas NOR (se o Grupo for Ímpar).
Não use portas NOT no circuito. Justifique a resposta
Para saber se um grupo particular é Par ou Ímpar, adicione os nºs mecanográficos dos seus membros; a
Paridade do Grupo será a do resultado dessa adição.
Sugestão para o desenho dos circuitos: A evolução do circuito I-1 depende, além de variáveis externas, Inf e Sup, do
estado interno do circuito, que por mor de simplicidade pode ser traduzido por Torn. Seja Tornt o estado da torneira
num instante genérico t, e Tornt+1 o estado da torneira no instante seguinte. Determine a tabela de Tornt+1, como função
de {Inf, Sup e Tornt}; por exemplo, quando Inf=Low, Tornt+1 deve ficar High. Aplique o método de Karnaugh.
2. Analise o esquema lógico a que chegou. Complete o diagrama temporal Lab4.1.
3. Um projectista chegou a um logigrama onde consta um Multiplexer, como se esquematiza adiante.
Complete o circuito (ligando as entradas Sup e Inf às
entradas ‘0’ e ‘1’, como apropriado para conseguir o
funcionamento enunciado acima). Justifique a resposta
Cada Grupo deve considerar apenas um logigrama e pode
recorrer a apenas um tipo de portas adicionais: {Lab4.3P e
NANDs} ou {Lab4.3I e NORs} consoante for respectivamente
Par ou Ímpar
4. Um projectista chegou a um logigrama onde consta um
decoder, como se esquematiza adiante.
Complete o circuito (ligando a entrada Sup e as saídas do
decoder a Torn, como apropriado para conseguir o
funcionamento enunciado acima). Justifique a resposta
Sistemas Digitais: 4º Trabalho de Laboratório
Cada Grupo deve considerar apenas um logigrama e pode recorrer a apenas um tipo de portas adicionais:
{Lab4.4P e NANDs} ou {Lab4.4I e NORs} consoante for respectivamente Par ou Ímpar
5. Conquanto se preveja que, na vida real, nunca aconteça Inf=Low e Sup=High, diga: qual o valor de Torn à
saída dos circuitos concretos a que chegou, se forçar Inf=Low e Sup=High? Considere, um de cada vez, os
circuitos a que chegou nas alíneas anteriores {1, 3 e 4}. Justifique a resposta
Apresente a sua resposta sob a forma de uma diagrama temporal cobrindo os primeiros 100 ns após forçar
{Inf=Low e Sup=High}. Considere, para o efeito, que os tempos de passagem (em ns) são, aproximadamente:
NAND NOR Mux
20
15
10
Decoder
20
6. Escolha um dos circuitos {1, 3 ou 4}, à sua vontade. Desenhe o esquemático desse circuito (use a versão
10.1 do xilinx), salvaguarde-o (numa pen ou em algum suporte informático de onde possa recolhê-lo no
Laboratório, por ftp, webmail, ou outro artifício internáutico)
7. Desenhe o esquema eléctrico completo desse circuito. Use o menor número possível de integrados. Na
caracterização dos integrados, use a notação IEC.
1. Na realização do trabalho, só se podem usar circuitos disponíveis no laboratório.
2. Um esquema eléctrico só está completo quando, além de representarem as portas e outros elementos e as suas
interligações, estão marcados os nºs dos pinos usados dos integrados e as suas referências.
I.2 - Concepção de circuitos: Flip-flops
8. Um projectista chegou ao circuito em Lab04.5. Trata-se de o analisar...
Verifique teoricamente que, fixando devidamente as entradas R e S, a
saída, Torn, segue o diagrama temporal em 2). Quais devem ser os níveis
eléctricos a aplicar nas entradas R e S do flip-flop para que isso aconteça?
Desenhe o esquema eléctrico completo desse circuito. Use o menor
número possível de integrados. Na caracterização dos integrados, use a
notação IEC.
II-Montagem dos Circuitos
(Durante a aula de laboratório)
9. Use o xilinx para simular com uma test bench waveform o circuito que escolheu em I-6. Use como test
bench waveform o diagrama Lab4.1.
Seja profissional: disponha, de cima para baixo: Sup, Inf, e só depois Torn
Verifique o funcionamento do circuito, coloque-o a funcionar correctamente – e mostre-o ao docente.
10. Monte os dois circuitos cujos esquemas eléctricos terá desenhado em 6 e 8.
Disponha, da esquerda para a direita: Sup, Inf
Não se esqueça de alimentar convenientemente as entradas {S,R} do flip-flop
11. Verifique o funcionamento dos circuitos, coloque-os a funcionar correctamente – e mostre-os ao docente.
Grelha de avaliação:
Questão
Cotação
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 1 2 2 1 2 2 2 2 2
11
2
As respostas devem ser justificadas (A cotação indicada refere-se a respostas justificadas).