Lógica Booleana em CI's

Os Circuitos Lógicos são componentes que apresentam a forma lógica mais simples e de baixo nível na eletrônica, onde o seu entendimento se faz necessário para o aprendizado de diversas áreas, como programação, eletrônica, comandos elétricos e até mesmo em programações de CLP’s.

Um circuito lógico se faz importante quando, por exemplo, é necessário controlar uma ou mais saídas através da sequência de acionamento das entradas.

Materiais necessários

Para fazermos as montagens de todos os itens precisaremos dos componente:

Não é obrigatório, mas a leitura prévia do post Introdução às portas lógicas para microcontroladores é recomendada.

O que são os circuitos lógicos e portas lógicas?

Os circuitos lógicos são componentes que trabalham com operações booleanas ou binárias (0 e 1, Verdadeiro e Falso ou High e Low), sendo elas : E (AND), OU (OR), NOT (NÃO). Os CI’s (Circuitos Integrados) lógicos são componentes que possuem um agrupamento de portas lógicas em seu componente, capazes de identificar e executar a lógica de Boole (Lógica Booleana), através da tensão nos pinos de entrada, identificando os valores altos ou baixos nos pinos e enviando a resposta correspondente ao pino de saída.

OBS: Nós iremos utilizar os CI’s da família 74HC para representar fisicamente o circuito.

Porta AND

Se e, somente se, todas as entradas estiverem em estado lógico alto, ou seja, uma tensão positiva e diferente de 0 V for aplicada nos pinos de entrada do CI, a saída do circuito será energizada. Esta lógica é conhecida como lógica multiplicativa, pois, no mundo da eletrônica, temos que o pino energizado equivale ao número 1 e o pino desenergizado temos como 0. Deste modo temos que a multiplicação das entradas no circuito AND é equivalente ao estado do pino de saída.

(Imagem A – Porta AND)

(Imagem B – CI 74HC08n Circuito Lógico AND)

Lógica AND – Tabela Verdade Entrada A Entrada B Saída Lógica Multiplicativa Baixo – 0 Baixo – 0 Baixo 0 x 0 = 0 Baixo – 0 Alto – 1 Baixo 0 x 1 = 0 Alto – 1 Baixo – 0 Baixo 1 x 0 = 0 Alto – 1 Alto – 1 Alto 1 x 1 = 1

Matematicamente, temos que a multiplicação de qualquer numero por 0 é 0, logo basta uma única entrada ser 0 para termos a saída 0 nas portas AND.

Porta OR

Se qualquer um dos pinos de entrada forem energizados, temos uma saída energizada. Conhecida como lógica aditiva, pois a soma das entradas equivale ao estado da saída.

(Imagem A – Porta OR)

(Imagem B – CI 74HC32n Circuito Lógico OR)

Lógica OR – Tabela Verdade Entrada A Entrada B Saída Lógica Aditiva Baixo – 0 Baixo – 0 Baixo 0 + 0 = 0 Baixo – 0 Alto – 1 Alto 0 + 1 = 1 Alto – 1 Baixo – 0 Alto 1 + 0 = 1 Alto – 1 Alto – 1 Alto 1 + 1 = 1

Diferente da lógica multiplicativa, temos na lógica aditiva que a soma de qualquer número mais 1 é alguma coisa maior que 0, então teremos a saída do sistema diferente de 0, logo basta somente uma das entradas estarem em um nível lógico alto para termos a saída em nível lógico alto.

Porta NOT

A porta lógica NOT é conhecida como porta inversora. Esta porta possui apenas uma entrada e uma saída em seu circuito. Esta porta inverte o estado lógico de entrada em sua saída, logo temos que:

(Imagem A – Porta NOT)

(Imagem B – CI 74HC04n Circuito Lógico NOT)

Lógica NOT – Tabela Verdade Entrada A Saída Lógica Inversora Baixo – 0 Alto -1 0 =1 Alto – 1 Baixo – 0 1 =0

Em Circuitos Digitais, temos como uma entrada invertida a simbologia dela “barrada” em cima.

Como funciona os circuitos lógicos na prática?

Na prática, temos um circuito integrado com uma saída que depende da sua lógica (AND, OR ou NOT) e do nível de sinal nas entradas, que podem ser de 5 V ou 0 V (GND).

Abaixo temos a montagem de um circuito genérico da família 74HC (74HC08n e 74HC32n no nosso caso) que trabalham com duas entradas e uma saída. Em caso de circuitos lógicos de outros fabricantes, devemos sempre nos atentar ao datasheet do CI em questão. A alimentação do circuito será feita com 5 V para o nosso caso. No circuito temos, também, um LED para indicar a saída e estamos usando duas chaves do DIP switch para testar as entradas. No DIP switch utilizado, temos a chave ativada quando abaixamos a alavanca, e desativada quando levantamos.

Ao testarmos os circuitos com a tabela verdade correspondente, substituindo os CI’s, teremos para o CI AND 74HC08n o seguinte comportamento:

Para o CI OR 74HC32n teremos a mesma montagem, mas resultados diferentes, como observado abaixo:

No caso do circuito NOT 74HC04n, temos a seguinte montagem para testarmos :

Diferente das portas AND e OR, temos apenas uma entrada e uma saída. Ao testarmos o circuito, teremos resultado esperado pela tabela verdade.

Ainda temos algumas portas lógicas básicas, tais como : NOR, NAND, XOR e XNOR.

A porta Lógica NOR é a inversão da porta OR, onde teremos a saída da porta OR ligada em uma porta NOT. Para simplificar sua representação, temos uma porta OR com uma bolinha inversora em sua ponta, representando a NOR.

Nesta porta, temos a seguinte lógica:

Lógica NOR – Tabela Verdade Entrada A Entrada B Saída Baixo – 0 Baixo – 0 Alto Baixo – 0 Alto – 1 Baixo Alto – 1 Baixo – 0 Baixo Alto – 1 Alto – 1

Baixo

Na porta NAND, seguindo a lógica da NOR, é uma porta AND com inversão. A NAND é representada por uma AND com a bola inversora na sua porta lógica. Na sua lógica temos:

Lógica NAND- Tabela Verdade Entrada A Entrada B Saída Baixo – 0 Baixo – 0 Alto Baixo – 0 Alto – 1 Alto Alto – 1 Baixo – 0 Alto Alto – 1 Alto – 1

Baixo

Estas portas possuem uma lógica mais complexa, visto que elas são a junção de outras portas lógicas. No caso da XOR, temos a lógica de que a saída será 5 V se, e somente se, uma única entrada for 5 V. No caso de duas entradas forem 5 V ou as duas forem 0 V, temos a saída em nível lógico baixo, ou seja , 0. Na porta XNOR, temos a inversão da saída da XOR.

Agora nós iremos nos aprofundar um pouco mais nas portas lógicas e nas associações entre elas.

Se colocarmos a saída de uma porta lógica na entrada de outra, podemos gerar novas lógicas e novas expressões booleanas, através da criação de um circuito lógico.

Todo circuito lógico executa uma expressão booleana, da qual é formada pela interligação das portas lógicas básicas. Um exemplo disto é a própria porta lógica XOR, onde podemos simplificar sua lógica para A. B + A .B . No circuito teremos esta porta, onde teremos a associação de mais de uma porta lógica para gerar uma expressão booleana.

Agora a lógica aditiva, multiplicativa e inversora irá fazer um pouco mais de sentido, visto que poderemos criar expressões com ela.

Ao colocarmos uma entrada em um circuito lógico, teremos uma saída correspondente a sua lógica, que irá gerar uma expressão booleana. No caso da porta lógica AND, teremos a saída igual a entrada A vezes a entrada B (A.B), na OR teremos A + B, e na NOT teremos a inversão, representada por A . Agora, e se colocarmos a entrada A na porta NOT e a saída da NOT na entrada de uma AND e na outra entrada AND colocarmos a entrada B? Nós teremos a expressão onde a entrada A foi invertida vezes a entrada B não invertida : A .B

A junção de portas lógicas é muito útil para criar lógicas especificas para situações específicas. Em uma situação real, nós temos as entradas e saídas pré definidas e através destes teremos que encontrar o circuito lógico. Para tal, deveremos utilizar da Tabela Verdade e a associação das saídas para chegar em um circuito lógico.

Aplicações práticas dos circuitos lógicos

Um exemplo básico seria a seguinte situação: Temos 7 entradas feitas por alavancas, das quais irão representar, cada uma, um número de 1 a 7. As alavancas serão numeradas de 1 a 7 e teremos que fazer a lógica para converter o número pressionado para um número binário, representado por LED’s. Se o LED estiver acesso, representará o número 1 e se tiver apagado o numero 0, em binário.

A tabela de conversão de números decimais para binário que vamos utilizar é esta:

Se tiver alguma dúvida, na calculadora do seu sistema operacional terá a opção de converter entre os sistemas binário, hexadecimal, decimal e octal.

Seguindo esta lógica, vamos colocar cada número decimal representado por uma alavanca, tendo então 7 entradas. Iremos colocar cada bit do número binário como uma saída, tendo 3 saídas . Os bits são a composição do número em binário, visto que o bit menos significativo é o da direita e o mais significativo é o da esquerda.

Então, para esta lógica, somente uma entrada poderá ser acionada por vez, acionando uma ou mais saídas. Quando acionarmos a alavanca 1, teremos que acender o primeiro Bit da saída, no caso o Bit 0, pois na conversão vimos que 1 em decimal é igual a 0 0 1 em binário. Quando acionarmos a alavanca 2, teremos o Bit 1 acesso, pois 2 em decimal é dado por 0 1 0 em binário. Ao acionarmos a alavanca 3, os Bits 1 e 0 serão acionados, e assim por diante, seguindo a tabela.

Vamos analisar a tabela olhando as saídas separadamente. Temos 3 saídas, uma pra cada bit, e iremos começar pelo bit 0. Se analisarmos com cuidado, perceberemos que o bit 0 é acionado quando qualquer número ímpar for acionado, no caso temos que se acionarmos a alavanca 1 OU 3 OU 5 OU 7 o bit 0 será acionado .

Este, pela síntese, teremos 3 portas OU conectadas uma atrás da outra, visto que, matematicamente temos que a ordem dos fatores em uma soma simples não altera o resultado. Logo se somarmos a entrada 1 e 3 e a saída desta soma nos somarmos com a entrada 5, teremos (1+3) + 5 que é igual a 1 + 3 + 5.

A montagem deste circuito, usando apenas um CI OR, será a seguinte:

Agora vamos analisar outro bit, o Bit 1. Se olharmos , veremos que o acionamento da saída é feito em 4 casos específicos : nos números 2, 3 , 6 e 7. Para esta lógica, teremos então que se pressionarmos a alavanca 2 OU 3 OU 6 OU 7 a saída Bit 1 será ativada.

A lógica é bem parecida com a anterior, mudando apenas 2 das entradas. A montagem ainda é bem parecida, ficando desta forma:

A diferença entre o circuito anterior e atual estão atualizadas com o fio verde, que são os únicos que mudam suas ligações. Agora vamos analisar o último bit, o Bit 2 :

Agora, teremos a lógica de que, quando acionarmos as alavancas 4 OU 5 OU 6 OU 7 . O circuito para o Bit 2 seguido da montagem, então, será :

Agora, se juntarmos todos os 3 circuitos interligando as entradas, teremos o seguinte resultado :

Uma outra aplicação, bastante comum, seria a de conversão de uma entrada decimal ou binária para ser mostrada em um display de 7 segmentos, onde teremos uma saída para cada segmento e 9 entradas ou 4 (em caso de binário), uma para cada bit/alavanca.

Conclusão

Os CI’s Lógicos são circuitos bastante versáteis e com uma vasta gama de aplicações e com um custo reduzido, do qual pode substituir, muitas vezes, microcontroladores em projetos com uma lógica de funcionamento simples. Não só substituir, mas podemos complementar projetos com microcontroladores adicionando estes componentes.

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Eletropeças Comercial Eletrônica Ltda.

descritivo técnico

Circuito Integrado CA 3524

OBSERVAÇÕES

Marcas Disponíveis: FAIRCHILD, SGS, LGE, SEMTECH, DIOTEC, NXP, ON, VISHAY, TOSHIBA, MAXIM.

* A mercadoria que será enviada poderá variar de acordo com a marca disponível em estoque. Em caso de necessidade por alguma marca específica, favor entrar em contato com nosso departamento de vendas.

* Foto meramente ilustrativa.

Técnicas de extração de circuitos integrados (ART346)

Técnicas de extração de circuitos integrados (ART346)

Um problema que aborrece muitos profissionais de manutenção eletrônica, principalmente os menos experientes ou que tenham menos habilidade com as ferramentas, é a remoção de um circuito integrado de uma placa de circuito impresso. Soltar o circuito integrado totalmente não é algo fácil, principalmente se levarmos em conta sua quantidade de terminais e sua posição nem sempre favorável. Neste artigo mostramos como este tipo de trabalho pode ser feito com facilidade.

Retirar um circuito integrado com invólucro SIP ou DIP de um equipamento é simples se ele estiver montado num soquete.

No entanto, se ele estiver soldado na placa, e isso ocorre em praticamente todos os equipamentos comerciais, o trabalho envolvido pode ser bastante aborrecido.

O risco de se causar danos aos componentes adjacentes ou mesmo de se causar danos à placa é grande e isso faz com que muitos profissionais evitem ao máximo realizar este tipo de tarefa chegando até a ponto de afirmar que o equipamento não tem mais conserto ou preferindo trocar a própria placa.

De fato, para se extrair um circuito integrado precisamos ter alguma habilidade além de algumas ferramentas apropriadas.

Neste artigo mostramos como a extração de circuitos integrados comuns pode ser feita com facilidade maior ou menor, dependendo dos recursos que o leitor disponha.

Evidentemente, o procedimento é válido para os tipos mais comuns com invólucros DIP ou SIP (dual in line e outros) não se aplicando a microprocessadores, microcontroladores, DSPs e outras funções muito complexas cujos invólucros BGA e outros chegam a ter mais de 200 pinos como os mostrados na figura 1.

Soltando os terminais e levantando o CI

a) Extração com o ferro de soldar

Evidentemente, numa oficina de reparação de equipamentos eletrônicos, o ferro de soldar é uma ferramenta indispensável.

Para usá-lo na extração de um circuito integrado o procedimento exige algum cuidado e habilidade mas é perfeitamente possível.

O que se faz é simples: com uma chave de fenda introduzida entre o componente e a placa de circuito impresso, forçamos levemente para cima, conforme mostra a figura 2.

O sugador de solda

Este esforço não deve ser grande tanto para não colocar em risco o componente como a própria placa de circuito impresso.

Ao mesmo tempo que forçamos o componente passamos a ponta do ferro de soldar rapidamente nos terminais de modo a obter a fusão da solda na maior parte deles.

Quando a solda derrete os pinos vão se soltando e o circuito vai saindo, ajudado pela força exercida pela chave de fendas.

Passando diversas vezes o soldador e mudando a posição da chave de fendas para a outra ponta do CI de modo a levantá-la, em pouco tempo conseguimos liberá-lo completamente.

Devemos apenas ter o cuidado de limpar depois o local dos terminais para remover as eventuais pontes de solda que se formam.

b) Usando um sugador de solda

Uma ferramenta barata mas de grande utilidade em qualquer oficina de reparação de equipamentos eletrônicos ‚ o sugador de solda que tanto pode ser do tipo isolado como pode ser encaixado no soldador, conforme mostra a figura 3.

A solda é derretida e após, retirada com o sugador.

A finalidade do sugador é remover totalmente a solda em torno dos terminais de um componente quando ela é derretida, liberando-o assim.

Na figura 4 mostramos como o sugador deve ser usado para retirar a solda derretida de modo a liberar os terminais de um componente.

Retirando a solda com uma malha absorvente.

O sugador mostrado é do tipo que usa uma bisnaga de borracha para fazer o vácuo que puxa a solda derretida.

Existem outros que possuem um pequeno pistão com uma mola.

O pistão é posicionado por uma mola e para se sugar a solda um botão é pressionado liberando a mola que puxa esse mesmo pistão fazendo o vácuo.

No caso de um circuito integrado o que fazemos é derreter e remover a solda de cada terminal de modo que ele possa ser descaixado depois com facilidade.

Evidentemente, de tempos em tempos, o reservatório para onde são sugadas as pelotinhas de solda devem ser limpos.

É importante observar que teremos maior eficiência no trabalho de liberação dos terminais de um CI se usarmos um soldador de maior potência (40 a 60 watts), mas se o CI estiver bom e pretendermos aproveitá-lo em outra aplicação a operação deve ser rápida para que o calor não o danifique.

c) Usando uma malha absorvente de solda

Um outro recurso barato que ajuda a limpar a solda dos terminais de um circuito integrado ou outro componente e assim permitir sua remoção é a malha absorvente de solda, que é mostrada na figura 5.

Ponta extratora para Cis em invólucros DIL(DIP)

O que se faz é aplicar o calor da ponta do soldador nesta malha que se posiciona sobre os terminais de um componente ou de um circuito integrado.

Aquecida, a malha derrete a solda e a absorve livrando assim os terminais do componente que pode ser extraído com facilidade.

Evidentemente, a operação de remoção da solda deve ser rápida se não desejamos causar dano ao componente.

Isso é importante caso ele esteja ainda bom e simplesmente o estejamos extraindo para aproveitá-lo em outro equipamento.

A malha de remoção deve ser jogada fora quando estiver "saturada" e solda. Esta malha pode ser adquirida em rolinhos de 1 metro ou mais.

d) Usando uma ponta extratora de CIs

Um outro recurso interessante que os profissionais da reparação deve ter em sua oficina é a ponta extratora de CIs que pode ter dois formatos conforme mostramos na figura 6.

Usando a ponta extratora.

Nela mostramos uma ponta para a extração de CIs com incvólucros DIP (Dual In-line Package) ou DIL, e uma ponta para invólucros SIP (Single In-line Package) ou SIL.

O que se faz é colocar esta ponta num soldador de potência um pouco maior que o normal (40 a 100 watts) e aquecê-la.

Seu formato permite que ela seja encostada ao mesmo tempo em todos os terminais do circuito integrado que se pretende extrair, conforme illustrado na figura 7.

Usando um extrator de Cis.

Desta forma, podemos derreter a solda de todos os terminais ao mesmo tempo e forçando o circuito integrado para fora podemos retirá-lo com facilidade.

Veja entretanto, que o calor desenvolvido no processo é elevado o que significa que este método de extração coloca em risco a integridade do circuito integrado, principalmente se o profissional não for experiente a ponto de fazer a operação rapidamente.

Também neste caso ‚ importante retirar eventuais pontes de solda que podem se formar quando o circuito integrado é extraido, antes de se colocar o novo.

e) Usando um extrator de CIs

O extrator de CIs é uma ferramenta útil que pode se usado em conjunto com as demais descritas anteriormente, de modo a facilitar a retirada de circuitos integrados de placas de circuito impresso.

Um extrator típico de circuitos integrados DIL é mostrado na figura 8.

Removendo componentes SMD.

Esta ferramenta contém duas presas que são encaixadas nas partes laterais do circuito integrado.

Um conjunto de molas força estas presas de tal modo que uma força é exercida sobre o CI no sentido de retirá-lo da placa.

Tudo o que temos de fazer então é passar o soldador nos terminais de modo a retirar a solda que o extrator se encarrega de fazer a força para retirá-lo.

Ferramentas Para Extração Segura de Cis

f) Extração de circuitos SMD

Os circuitos integrados SMD (para montagem em superfície) encontrados em muitos equipamentos eletrônicos mais modernos, além de terem seus terminais soldador na parte de cima da placa, são delicados e muito pequenos e estão colados na placa.

Para sua extração existem técnicas e kits especiais que os reparadores mais avançados devem ter.

A forma mais simples de fazer reparos com este tipo de componente é remover a solda de seus terminais com um soldador de ponta bemn fina e depois quebrar o componente para sua extração.

O componente substituto deve então ser soldado no seu lugar com muito cuidado para que pontes de solda não curto-circuitem seus terminais.

CONCLUSÃO

Retirar um circuito integrado de uma placa de circuito impresso não é tão difícil quando o profissional sabe como.

No entanto, como qualquer operação mais delicada, é preciso prática e isso só se consegue depois de se tentar algumas vezes.

Se o leitor nunca tentou dessoldar um circuito integrado de uma placa de circuito impresso e sabe que mais cedo ou mais tarde vai precisa saber fazer isso é bom praticar.

Arranje alguma placa velha que tenha circuitos integrados que não sejam mais aproveitáveis e treine, usando os recursos que você tem.

Em pouco tempo você não terá dificuldades em fazer substituições de circuitos integrados em placas de circuito impresso.