17_02_10_Capitulo_05 especificação de CI e interfaceamento simples

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Capítulo 5

Especificações de CI e Interfaceamento Simples

Introdução •

Níveis lógicos/Margem de ruído

•

Interfaceamento de famílias de CIs

•

Outras especificações

•

CIs MOS e CMOS

•

Interfaceamento com chaves

•

Interfaceamento com LEDs

•

Interfaceamento com campainhas, relés, motores e solenoides

•

Interfaceamento utilizando optoisoladores

•

Fornecimento de corrente e drenagem de corrente

•

Utilizando um motor de passo

•

Utilizando um servomotor

•

Sensor/chave de efeito Hall

•

Utilizando a chave de efeito Hall

•

Acionamento de um servomotor com BASIC Stamp®

Níveis lógicos/ Margem de ruído • Características de tensão – define nível lógico 0 (BAIXO) ou nível lógico 1 (ALTO) • Imunidade a ruídos (margem de ruído) – insensibilidade ou tolerância do circuito lógico a tensões indesejadas chamadas de “ruído”

TESTE 1. Uma tensão de entrada de 0,4V em um CI TTL (tensão de alimentação de 5V) seria considerada um nível lógico __________ 0 ou BAIXO (0 ou BAIXO, 1 ou ALTO). 2. Uma tensão de entrada de 3V em um CI TTL (tensão de alimentação de 5V) seria considerada um nível lógico __________ 1 ou ALTO (0 ou BAIXO, 1 ou ALTA). 3. Uma entrada ALTA típica de um CI TTL (tensão de alimentação 3,5V (0,1V, 3,5V). de 5V) seria em torno de __________ 4. Uma insensibilidade ou tolerância a tensões indesejadas (chamado Margem de ruído(margem de ruído, redução de ruído). ruído) é __________________

Perfis de tensão de entrada – TTL e série CMOS 4000 CUIDADO

Perfis de tensão de entrada +5V

TTL 100% CMOS

ALTA

GND

BAIXA

90% 80% ALTA 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% LOW 0%

O perfil de saída é diferente O perfil de outras famílias é diferente

ALTO +10V

+7V a +10V - CMOS +2V a +5V - TTL Indefinido A leitura da ponteira lógica Pode variar dependendo do fabricante

Indefinido +3 a +7V para CMOS +0,8V a +2,0V para TTL

BAIXO 0 to +3V para CMOS 0 to +0,8V no TTL

Teste 1.

ponteira lógica Um instrumento prático e acessível chamado _____________ (ponteira lógica, osciloscópio) é geralmente utilizado para checar níveis lógicos em circuitos TTL ou CMOS.

2. Uma tensão de entrada de 1V em um CI CMOS (tensão de BAIXA alimentação de 10V) seria considerada uma entrada __________ (ALTA, BAIXA, indefinida). 3.

Uma tensão de entrada de 5V em um CI CMOS (tensão de alimentação de 10V) seria considerada uma entradaindefinida __________ (ALTA, BAIXA, indefinida).

4.

Uma tensão de entrada de 9V em um CI CMOS (tensão de ALT alimentação de 10V) seria considerada uma entrada __________ A (ALTA, BAIXA, indefinida).

Teste Perfis de tensão TTL

Entrada Entrada==+2,2V +1,2V +4V +0,3V Saída Saída= = ??

BAIXA ?? ALTA

Interfaceamento TTL-CMOS • Interfaceamento é o projeto de circuito entre dispositivos. • O interfaceamento entre circuitos altera os níveis de tensão e corrente para compatibilidade. • Os perfis de tensão ALTO e BAIXO de TTL e CMOS são diferentes. • Os requisitos de corrente para TTL e CMOS são diferentes. • Exemplo: Observações de projeto:

1. Corrente de saída de TTL OK para acionar o dispositivo CMOS. 2. Perfil de tensão de saída NÃO é igual ao perfil de tensão de entrada CMOS. 3. Utilizar o resistor pull-up como dispositivo de interface para ajustar perfis de tensão.

Teste 1. O projeto de circuito que traduz correntes e tensões entre dispositivos (como entre TTL e CMOS) é interfaceamento chamado de _______________ (escaneamento de limites, interfaceamento). 2. O circuito de interface altera níveis de _________________ corrente ee tensão (corrente tensão, tempo e temperatura) para níveis compatíveis entre dois dispositivos ou circuitos. 3. No interfaceamento TTL-CMOS, um resistor pull-up __________ (pull-up, sensível a temperatura) é utilizado para alterar níveis de tensão. diferentes 4. Os perfis de tensão para TTL e CMOS são __________ (diferentes, iguais).

Interfaceamento CMOS-TTL • Interfaceamento é o projeto de circuito entre dispositivos. • O interfaceamento entre circuitos altera os níveis de tensão e corrente para compatibilidade. • Os perfis de tensão de CMOS e TTL são diferentes. • Os requisitos de corrente para CMOS e TTL são diferentes. • Exemplo: Observações de projeto: 1. O perfil de tensão de saída do CMOS é OK para acionar entradas TTL. 2. A corrente de tensão do CMOS NÃO é suficiente para acionar o TTL padrão. 3. Use um CI buffer CMOS para propósitos especiais para ajustar os níveis de tensão.

Teste 1. O projeto do circuito para converter conexões TTL para interfaceamento CMOS ou CMOS para TTL é chamado de __________________. 2. Os perfis de tensão TTL e CMOS são diferentes __________ (diferentes, iguais). 3. Os requisitos de corrente de entrada e capacidades de diferentes carregamento de saída TTL e CMOS são __________ (diferentes, iguais). 4. O padrão de interfaceamento TTL-CMOS envolve a resistor pull-up(buffer, resistor pull-up) utilização de um _______________ entre a entrada TTL e os dispositivos CMOS.

Outras especificações de CI digital • Capacidade de carregamento – às vezes chamada de fan in ou fan out. • Fan Out – número de entradas em uma família lógica que pode ser carregada por uma saída única. A capacidade de carregamento de saídas. • Fan In – a carga que uma entrada coloca em uma saída. • Atraso de programação – envolve a “rapidez” do elemento lógico. Atrasos de propagação menores significam maior velocidade que é uma característica desejável. • Dissipação de potência - geralmente, à medida que os atrasos de propagação diminuem, o consumo de energia e a geração de calor aumentam. O CMOS é notável pelo consumo de energia mais baixo.

Teste fan out (Fan out, Equivalência quântica) refere1. __________ se à capacidade de carregamento das saídas de um CI digital. 2. CIs digitais mais velozes (uma característica menores desejável) têm atrasos de propagação __________ (maiores, menores). 3. A família de CI digital __________ CMOS (CMOS, TTL) é conhecida pelo seu baixo consumo de energia e é geralmente usada em produtos alimentados por bateria.

Teste 1. A capacidade de carregamento de saídas de dispositivos out (fan in, fan out). É o lógicos é às vezes chamada defan __________ número de entradas de uma família lógica que pode ser carregada por uma saída única. 2. Dispositivos CMOS são notáveis por seu consumo de energia extremamente baixo __________ (alto, baixo). 3. Um dispositivo lógico com um atraso de propagação baixo seria considerado um dispositivo de __________ (alta, baixa) alto velocidade. 4. Várias características desejáveis de dispositivos lógicos são boa capacidade de carregamento, baixo consumo de energia e baixos (altos, baixos) atrasos de propagação. __________

CIs MOS e CMOS •

MOS é a sigla para Metal-Oxide Semiconductor – Óxido semicondutor metálico.

•

PMOS, NMOS e CMOS são três tecnologias utilizadas na fabricação de CIs. TTL é outra tecnologia bastante rápida.

•

NMOS é a sigla para Negative-channel Metal-Oxide Semiconductor, ou MOS de canal N. CIs NMOS são mais rápidos que PMOS.

•

PMOS é a sigla para Positive-channel Metal-Oxide Semiconductor, ou MOS de canal P.

•

CMOS é a sigla para Complementary Metal-Oxide Semiconductor – Óxido semicondutor metálico com simetria complementar. Tanto o dispositivo PMOS como o NMOS são empregados na sua fabricação.

•

CIs CMOS são notáveis pelo seu consumo de energia excepcionalmente baixo.

•

CIs CMOS eram mais lentos que CIs digitais bipolares (como dispositivos TTL).

•

Portas de transmissão ou chaves bilaterais são dispositivos digitais únicos criados usando a tecnologia CMOS.

Teste 1.

A parte MOS de CMOS significa óxido semicondutor metálico que é uma tecnologia usada para a fabricação de CIs com baixos (altos, baixos). requisitos de tensão __________

2.

PMOS, NMOS e CMOS são três tecnologias que utilizam transistores de efeito de campo para fabricar Cis digitais modernos. (Verdadeiro ou falso) verdadeiro

3.

CMOS significa MOS de canal N e é um tipo de CI digital de alta velocidade e de alto consumo de energia. (Verdadeiro ou falso) falso

Interfaceamento com chaves Interfaces chave-TTL +5V

Resistor Pull up resistor Pull up HIGH BAIXA ALTA LOW

ENTRADA ENTRADA ENTRADA Levada a um estado Levada a um estado Levada Levada aresistor um a estado estado ALTO pelo resistor ALTO pelo pull up BAIXO pela pull upchave

Resistor Pull down pullresistor down ENTRADA ENTRADA Levada a estado Levada a estado BAIXO peloALTO pela chave resistor pull down

Interfaces chave-CMOS Com resistor pull up

Com resistor pull down

TESTE 1.

O componente identificado como A no circuito de interfaceamento é chamado de pull-up (pull-down, pull-up) e resistor __________ está mantendo a entrada para o inversor ALTA.

O componente marcado como B no circuito de interfaceamento é chamado pull-down(pull-down, pullde resistor __________ up) e está mantendo a entrada para o inversor BAIXA. ALTA (ALTA, 3. A saída no ponto C está __________ BAIXA) no momento porque o resistor pull-down está mantendo a entrada do inversor BAIXA.

A

2.

B

C

Antitrepidação de chave •

• •

Chaves mecânicas que servem como entradas para alguns circuitos digitais (como contadores) podem precisar de antitrepidação de chave. Uma transição de chave de nível baixo-alto pode resultar em uma trepidação ALTO-Baixo-ALTO. Uma demonstração de um circuito antitrepidação em ação. Observe Nenhuma trepidação de chave! Latch antitrepidação

ALTO BAIXO

tempo

TESTE 1.

O formato de onda de saída em A realizando Baixo-Alto-Baixodigital Alto é referido como um sinal __________ (analógico, digital).

2. O bloco identificado como B é um latch de chave antitrepidação __________ . 3. A saída Baixo-Alto-Baixo-Alto da chave com polo único e contato duplo à esquerda apresenta antitrepidação devido ao dispositivo eletrônico identificado como B. (Verdadeiro ou falso) verdadeiro

A

B

ALTO

tempo

BAIXO

Interfaceamento de CMOS e TTL com LEDs Tanto CIs TTL como CMOS podem acionar um LED usando um transistor. Pressione a seta esquerda no teclado para apagar e ver a ação novamente.

TESTE 1.

Se um ponto A torna-se ALTO o ponto B se tornará BAIXO e o desligue transistor desligará fazendo com que o LED __________ (Desligue, ligue).

2.

Se o ponto B tornar-se ALTO e o transistor ligar, o LED acender irá __________ (apagar, acender).

3.

O inversor pode ser da família de CIs TTL ou CMOS e é capaz de acionar o indicador LED. (Verdadeiro ou falso)Verdadeiro

A

+5V

LED

B

Interfaceamento com campainhas, relés, motores e solenoides • Campainha piezoelétrica – um dispositivo de sinalização que consome uma corrente menor que outras campainhas. • Motores elétricos AC ou DC – produz movimento rotativo contínuo. (Tensões e correntes do motor não compatíveis com circuitos lógicos.) • Solenoide – um dispositivo que pode produzir movimento linear. • Relé – um dispositivo para isolar dispositivos lógicos de circuitos de alta tensão/corrente. • Optoisoladores – um dispositivo para isolar dispositivos lógicos de circuitos de alta tensão/corrente.

Interfaceamento com uma campainha piezoelétrica Use a seta esquerda no teclado para apagar e ver a ação novamente.

TESTE 1. Quando a entrada do inversor é BAIXA, a campainha soa __________ (não soa, soa). 2. Quando a entrada do inversor é ALTA, a entrada no transistor é BAIXA o que __________ DESLIGA(DESLIGA, LIGA) o transistor e a campainha.

Isolação de dispositivos lógicos de alta tensão/corrente • Relés eletromecânicos – método antigo de isolação. Relés são caros, pesados e produzem “ruído.” • Optoisoladores (Optoacopladores) – alternativa mais leve ao relé eletromagnético ao fazer o interfaceamento com circuitos lógicos. • Relés de estado sólido – versão de um optoisolador bastante resistente.

Interfaceamento usando um relé Relé eletromecânico

Contatos de relé normalmente abertos (N.A.)

Transistor de saída A seta à esquerda no teclado apaga e visualiza novamente.

Alta tensão (12V) Lado do circuito Baixa tensão (+5V) Lado do circuito

Interfaceamento utilizando um relé para controlar um motor de corrente contínua Contatos energizados Contatosparalelos paralelosnão energizados NA NA permanecem abertos permanecem fechados MotorMotor DC está DC desligado ligado

ALTA BAIXA

BAIXA ALTA Transistor Transistor DESLIGADO LIGADO

(Seta à esquerda no teclado para apagar e visualizar novamente)

Teste 1.

Quando a entrada do inversor é BAIXA, o transistor está LIGADO e o relé paralelo será energizado. (Verdadeiro ou falso) Verdadeiro 2. Quando a entrada do inversor é BAIXA, o transistor está LIGADO, e o relé paralelo será energizado, os contatos do relé fecham e o Verdadeiro motor ligará. (Verdadeiro ou falso) 3.

Quando a entrada do inversor é ALTA, o motor de corrente contínua é desligado (ligado, __________ desligado).

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Isolação Ótica 120 VAC Relé de estado sólido ou optoisolador

5 VDC Chão de carga

Terra lógica (Clique à esquerda para sina de entrada L-H)

Interfaceamento com optoisolador Use a seta à esquerda no teclado para apagar e visualizar novamente)

ALTA BAIXA Sem som A campainha soa

(Clique com a esquerda para acionar)

BAIXA ALTA no no pino pino 22 do do CI CI LED LED desligado aceso Transistor Transistordos DESLIGADO CIs LIGADO

Teste 1.

Se a entrada do inversor do LED dentro do optoisolador acende, o Liga e a campainha soa transistor _______________________ (Liga e a campainha soa, desliga e a campainha não soa).

2.

O CI optoisolador isola a entrada de tensão mais baixa (5V) da saída de tensão mais alta (12V). (Verdadeiro ou falso) Verdadeir Há uma o conexão de

3.

resistência elétrica menor entre os circuitos lógicos de entrada e o circuito da campainha de saída por causa do CI optoisolador. (Verdadeiro ou falso) Falso

Fornecimento de corrente e drenagem de corrente de CIs Um exemplo de drenagem de corrente de CI Para acionar o LED de saída (sentido convencional da corrente) Observe que o CI tem Saída Ativa-BAIXA

Um exemplo de fornecimento de Corrente de CI Para acionar o LED de saída (sentido convencional da corrente) Observe que o CI tem saída Ativa-ALTA

Servomotores e motores de passo •

Motor de passo - um motor que é capaz de se deslocar com um ângulo fixo (em passos separados) para cada pulso de entrada. Os níveis lógicos aplicados para cada enrolamento de campo são definidos na sequência de controle para o motor de passo. Pode mudar de direção seguindo o passo para cima ou para baixo da sequência de controle.

•

Servomotor (servo motor hobby) - um motor amplamente utilizado em veículos de rádio controle que se desloca com um ângulo definido pela largura do pulso do sinal de entrada. É acionado pela modulação de largura de pulso. A largura de pulso para servomotores hobby variam de 1 a 2-ms. Servomotores hobby apresentam um alcance limitado de rotação como 180 graus.

Operação do motor de passo

Observação: Use a tecla --> para sentido horário, e a tecla