Circuitos lógicos complexos

A construção de circuitos lógicos complexos é uma simples questão de agrupar essas portas básicas, produzindo funções mais elaboradas. A figura 63, por exemplo, mostra o circuito de um comparador binário. Este circuito faz a comparação de dois valores binários de 4 bits cada um. A saída do circuito será 1 quando os dois valores binários de 4 bits presentes nas entradas forem iguais. Digamos que esses valores sejam representados por A3A2A1A0 e B3B2B1B0. A saída Y do circuito será ativada em 1 quando tivermos iguais esses valores. Por exemplo A=0110 e B=0110. Este tipo de circuito é muito utilizado como decodificador de endereços nas placas de CPU e nas placas de expansão. Os valores do endereço A podem ser originados no barramento de endereços do processador, e os valores de B são originados em um grupo de microchaves ou jumpers, que dependendo da forma como são configurados, podem indicar bits 0 ou 1. O circuito comparador irá ativar sua saída em 1 quando o endereço recebido for igual ao endereço definido pelas microchaves ou jumpers. Obviamente para isto é necessário um comparador maior, operando com maior númeor de bits, mas seu princípio de funcionamento é o mesmo.Utilizando um número maior de portas lógicas, podemos formar circuitos mais complexos. A figura 64 mostra o circuito de um contador binário de 4 bits. Este circuito recebe um sinal de clock e gera nas suas 4 saídas, números binários na seqüência 0000, 0001, 0010, etc. Pode ser programado para contar no modo decimal, ou seja, passando de 9 (1001) para 0 (0000), ou então no formato hexadecimal, passando de F (1111) para 0 (0000). Gera ainda um bit de “vai 1” e pode ser agrupado com outros circuitos iguais, formando assim contadores com qualquer número de dígitos. Pode ainda ser programado para fazer contagem crescente ou decrescente.Um projetista de hardware pode obter circuitos digitais de várias formas. A mais simples é utilizando chips padrões de mercado, que normalmente apresentam encapsulamentos como os da figura 65. Os encapsulamentos mostrados na figura são o DIP (Dual In-Line Package) e SOIC (Small Outline Integrated Circuit). Existem circuitos com portas AND, OR, NOR, NAND, inversores, e funções mais complexas mas de uso comum, como decodificadores, comparadores, contadores, registradores, etc.Nos manuais dos chips que contém circuitos lógicos básicos, encontramos diagramas que indicam o que existe no seu interior, como nos exemplos da figura 66. Os chips deste exemplo têm o seguinte conteúdo:

4 portas NAND de 2 entradas

3 portas AND de 3 entradas

4 portas AND de 2 entradas

2 portas NAND de 4 entradas

4 portas XOR de 2 entradas

1 porta NAND de 8 entradas

4 portas NOR de 2 entradas

4 portas OR de 2 enrtadas

6 inversores (portas NOT)

 

Ao projetar um circuito digital, usamos iniciamente as portas necessárias para implemenetar a função desejada. Depois contamos quantas portas de cada tipo são necessárias. Finalmente escolhemos os chips apropriados que contenham as portas desejadas, e finalmente realizamos as ligações entre os pinos desses chips.A figura 67 mostra o diagrama interno do chip 74LS181. Este chip é uma unidade lógica e aritmética de 4 bits, capaz de realizar 16 operações lógicas e aritméticas, entre adição, subtração, AND, OR, etc. Vários chips desses podem ser ligados em cascata para formar unidades com maior número de bits. Este chip tem pouco mais de 60 portas lógicas. Em um microprocessador existem vários milhões de portas lógicas, executando entre outras, funções como as deste chip, porém com maior número de bits. Como este capítulo destina-se apenas a dar noções sobre eletrônica, não vamos analisar o funcionamento do circuito, mas acredite, ele realmente soma, subtrai e faz várias outras operações. Desta forma podemos entender como as portas lógicas podem ser interligadas para formar um computador.