Sistemas Digitais · Práticas de Laboratório

Prática 3 — projeto de um sistema combinacional

Modelagem, minimização por mapas de Karnaugh, simulação e implementação física de um sistema digital de liberação e alarme.

01 / situação-problema

Sistema de segurança de uma máquina

Uma máquina deve ser controlada por um circuito combinacional de segurança. O circuito recebe quatro informações binárias, representadas fisicamente por chaves do tipo push-button, e produz sinais para indicar a liberação da máquina ou uma condição de alarme.

Na montagem didática, os push-buttons apenas simulam os sensores e comandos reais. Um LED verde representa o circuito de acionamento da máquina, enquanto um LED vermelho e um buzzer representam o circuito de alarme.

Entradas

  • H — comando de habilitação pressionado;
  • A — autorização do operador confirmada;
  • P — proteção da máquina fechada;
  • T — temperatura acima do limite.

Saídas

  • L — liberação da máquina, indicada pelo LED verde;
  • X — alarme, indicado simultaneamente pelo LED vermelho e pelo buzzer.

Regras de funcionamento

  1. A máquina somente deve ser liberada quando o comando de habilitação estiver pressionado, o operador estiver autorizado, a proteção estiver fechada e a temperatura não estiver acima do limite.
  2. O alarme somente deve ser acionado quando o comando de habilitação estiver pressionado e pelo menos uma das seguintes condições ocorrer: operador não autorizado, proteção aberta ou temperatura acima do limite.
  3. Quando o comando de habilitação não estiver pressionado, tanto a liberação quanto o alarme deverão permanecer desativados, independentemente das demais entradas.
  4. As saídas de liberação e de alarme não podem permanecer ativas simultaneamente.
Convenção: considere nível lógico 1 quando a condição descrita pela entrada estiver presente e nível lógico 0 quando estiver ausente. Utilize resistores de pull-down ou pull-up para impedir que as entradas fiquem flutuando.

02 / modelagem e minimização

Projeto lógico

Converta as regras de funcionamento em funções booleanas e obtenha um circuito simplificado.

Construção da tabela-verdade

  • Liste todas as combinações possíveis das entradas H, A, P e T.
  • Determine, para cada combinação, os valores das saídas L e X.
  • Verifique se nenhuma linha da tabela apresenta as duas saídas ativas simultaneamente.

Mapas de Karnaugh

  • Construa um mapa de Karnaugh de quatro variáveis para a saída L.
  • Construa outro mapa de Karnaugh de quatro variáveis para a saída X.
  • Organize linhas e colunas em código Gray e considere a adjacência circular das células localizadas nas extremidades.
  • Forme os maiores agrupamentos possíveis e obtenha as expressões minimizadas das duas saídas.

Esquema do circuito

  • Represente o circuito das duas saídas utilizando exclusivamente portas AND, OR e NOT.
  • Utilize, no máximo, quatro portas AND, quatro portas OR e quatro portas NOT no conjunto do circuito.
  • Quando necessário, associe portas de duas entradas para implementar operações com três ou quatro variáveis.
  • Identifique as entradas, os sinais intermediários e as duas saídas no esquema.

03 / simulação e montagem

Verificação do projeto

Simulação no EasyEDA

Elabore o esquema e simule o circuito antes de realizar a montagem física.

  • Represente as entradas inicialmente com componentes Logic State.
  • Represente as saídas com indicadores lógicos ou LEDs virtuais.
  • Teste as 16 combinações das entradas e compare os resultados com a tabela-verdade.
  • Registre o esquema final e as evidências da simulação.
Acessar o EasyEDA →

Implementação física

  • Monte o circuito em protoboard utilizando circuitos integrados com portas AND, OR e NOT.
  • Utilize quatro push-buttons para representar as entradas, cada um com resistor de polarização adequado.
  • Conecte um LED verde à saída L e um LED vermelho à saída X, sempre com resistores limitadores de corrente.
  • Conecte o buzzer à saída X. Se a corrente exigida pelo componente superar a capacidade da porta lógica, utilize um transistor de acionamento e um resistor de base.
  • Teste as condições de liberação, de bloqueio e de alarme e compare o comportamento com a simulação.
Atenção: desligue a alimentação antes de alterar as conexões. Confira a tensão de alimentação e a pinagem de cada circuito integrado no respectivo datasheet. Não conecte LEDs sem resistores limitadores de corrente.

04 / resultado esperado

Entrega da prática

Ao final da atividade, o grupo deverá apresentar: (a) a tabela-verdade completa; (b) os dois mapas de Karnaugh com os agrupamentos; (c) as expressões booleanas minimizadas; (d) o esquema lógico dentro do limite de portas estabelecido; (e) os resultados da simulação; e (f) a implementação física funcionando em protoboard.

A avaliação deverá considerar a coerência entre o problema, a tabela-verdade, os mapas K, as expressões minimizadas, a simulação e o comportamento do circuito físico.