Ficha 02 · Combinacional e sequencial

Parte I · Combinacional

Exercício 1 · Meio subtrator (10 pts)

Um circuito subtrai dois bits, A − B, e produz a diferença D e o empréstimo de saída Bout (vale 1 quando é preciso "pedir emprestado", isto é, quando A < B).

a) Escreve a tabela de verdade (entradas A, B; saídas D e Bout). (5 pts)

b) Indica as equações de D e Bout. (3 pts)

c) Em que difere do meio somador? (2 pts)

Exercício 2 · Somador de 4 bits (10 pts)

Um somador de 4 bits, feito com full adders em cadeia, soma A = 1101 e B = 0111.

a) Preenche, para cada bit (do menos para o mais significativo), as entradas A, B, Cin e as saídas S e Cout. (6 pts)

b) Quantos full adders são precisos e qual o resultado final, com o Cout do último? (2 pts)

c) O resultado cabe em 4 bits sem sinal? (2 pts)

Exercício 3 · MUX (10 pts)

a) O que faz um multiplexer (MUX)? (4 pts)

b) Quantas linhas de seleção tem um MUX de 8 entradas? Porquê? (3 pts)

c) Dá um exemplo de uso de um MUX. (3 pts)

Parte II · Sequencial

Exercício 4 · Combinacional vs sequencial (5 pts)

Explica a diferença essencial entre um circuito combinacional e um sequencial, com um exemplo de cada.

Exercício 5 · Flip-flop D (10 pts)

a) O que faz um flip-flop D no flanco do clock? (4 pts)

b) Diferença entre latch (sensível ao nível) e flip-flop (sensível ao flanco)? (3 pts)

c) Para que se usam vários flip-flops D juntos? (3 pts)

Exercício 6 · Contador (10 pts)

Um contador binário de 3 bits conta a cada pulso de clock.

a) Quantos estados distintos tem e qual a sequência? (6 pts)

b) Dá duas aplicações de contadores. (4 pts)

Parte III · FSM

Exercício 7 · Máquina de estados (15 pts)

Projeta (descrição + diagrama de estados) uma FSM simples: um semáforo com 3 estados (Verde → Amarelo → Vermelho → Verde), que avança a cada pulso de um temporizador.

a) Lista os estados e as transições. (6 pts)

b) Esboça o diagrama de estados. (5 pts)

c) Como se implementa em hardware (que blocos)? (4 pts)

Parte IV · Famílias lógicas e montagem

Exercício 8 · Datasheet de um 7400 (15 pts)

O datasheet da Texas Instruments do 7400 (TTL standard, alimentado a 5 V) indica: V_OH(min) = 2,4 V; V_OL(max) = 0,4 V; V_IH(min) = 2,0 V; V_IL(max) = 0,8 V; I_OH = −0,4 mA; I_OL = 16 mA; I_IL = −1,6 mA; I_IH = 40 µA; t_PLH máximo = 22 ns.

a) Calcula as margens de ruído N_MH e N_ML. (4 pts)

b) Calcula o fan-out de uma saída do 7400 ligada a entradas de 7400. (4 pts)

c) Quantas entradas de um 74LS00 (I_IL = −0,4 mA; I_IH = 20 µA) pode uma saída de 7400 alimentar? (4 pts)

d) Três portas 7400 em série: qual o atraso máximo do conjunto, usando o t_PLH máximo? (3 pts)

Exercício 9 · Componentes e layout (15 pts)

Uma luz de segurança (F) acende quando está escuro (E) e há movimento (M), ou quando o botão de pânico (P) é premido: F = E·M + P. Vai ser montada em breadboard com um 74HC08 (AND, U1) e um 74HC32 (OR, U2), alimentados a 5 V. Os dois têm a mesma disposição de pinos do 7400.

a) Indica o que liga a que porta e o nome do fio entre as duas portas. (3 pts)

b) Faz a lista de componentes. Usa uma resistência (o componente a que o referencial chama resistor) de 10 kΩ de pull-down por entrada e um LED amarelo, de 2,1 V, com uma resistência de 680 Ω. (4 pts)

c) Indica as ligações dos pinos 1 a 3, 7 e 14 de cada CI e o que fazer às entradas das portas livres. (5 pts)

d) O 74HC garante V_OH ≥ 3,84 V com I_OH = −4 mA. Calcula a corrente mínima no LED e diz se é aceitável. (3 pts)