PRÁTICA 05 - CIRCUITOS ARITMÉTICOS

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OBJETIVOS

• Verificar o funcionamento de um circuito somador e de um circuito comparador;
• Fixar conceitos de operações com números binários, carry in, carry out e overflow;

Material Necessário

• Simulador de circuitos digitais Digital
• Circuito 74283;
• Circuito 7485;
• Circuitos 7448 e display 7 segmentos utilizados na aula anterior

OBSERVAÇÃO

• Todos os arquivos .dig enviados junto ao relatório devem conter o nome de todos os integrantes da equipe, inserindo em Componentes -> Diversos -> Retângulo (Texto). Arquivos .dig sem essa informação não serão considerados, logo, a nota do relatório será penalizada.
• Caso seja utilizado outro simulador, Inserir o nome dos integrantes utiliando comando similar. Adicionar, também, no relatório, o detalhamento de qual simulador foi utilizado e o link para uso/ download.

Exercícios pré-laboratório

1. Determine o significado dos conceitos de carry in, carry out e overflow, mostrando exemplos com números binários.

CIRCUITO SOMADOR

Um circuito combinacional aritmético implementa operações aritméticas como adição, subtração, multiplicação e divisão com números binários. Quando há uma soma binária em onde ambos os operandos são iguais a 1, são necessários dois dı́gitos para expressar seu resultado. Neste caso, o transporte (vai - um ou carry, em inglês) é somado ao próximo par mais significativo de bits. Um circuito combinacional que implementa a adição de dois bits é chamado meio-somador (half adder, em inglês). Um circuito que implementa a adição de três bits (dois bits significativos e um carry) é chamado de somador completo (full adder, em inglês). Estes nomes decorrem do fato de que com dois meio-somadores pode-se implementar um somador completo. O somador completo é um circuito aritmético básico a partir do qual todos os outros circuitos aritméticos são construı́dos.

Nesta prática será utilizado o meio somador de 4 bits com carry in e carry out do circuito 74283.

Prática

1. Verifique a implementação usando o arquivo de simulação disponibilizado do circuito somador utilizando o 74283 com duas entradas de 4 bits $A_4A_3A_2A_1$ e $B_4B_3B_2B_1$ cuja saída seja uma palavra binária $S_4S_3S_2S_1$, Bits de Carry In $C_0$ e Carry Out C4. A entrada de carry in C0 deve receber valor 0 (GND).
2. Utilize como base o arquivo disponibilizado na aula anterior para exibir o resultado da operação em um display de 7 segmentos. Salve o arquivo .dig para anexar ao relatório como pr05_parte1-q1.dig.
3. Implemente, com base no circuito 1, utilizando duas portas 74283, um somador de 8 bits. Explique, no relatório, qual a importância das saídas carry out e carry in no processo de implementação. Salve o arquivo .dig para anexar ao relatório como pr05_parte1-q2.dig.

PARTE 2 - CIRCUITO COMPARADOR

Um comparador é um circuito combinatório que permite comparar o valor absoluto de dois inteiros A e B representados em binário com n-bits. Tem três saı́das que indicam respectivamente se A<B, A=B ou A>B. O circuito comparador da prática é implementado pelo CI 7485, que dispõe de duas entradas de 4 bits, 3 pinos de entrada e 3 pinos de saída de comparação. Os pinos de entrada podem ser utilizados para utilização de múltiplos circuitos.

1. Implemente no simulador um circuito comparador de 4 bits utilizando o circuito 7485. Inicialmente, ligue as entradas $P=Q_i$, $P>Q_i$ e $P<Q_i$ nos níveis lógicos 1, 0 e 0, respectivamente. Escolha um conjunto de 10 pares de entrada e escreva a tabela de saída das portas $P=Q$, $P>Q$ e $P<Q$, para cada caso. Não esqueça de escolher sequências binárias para teste que sejam iguais, maiores ou menores entre si, pois o intuito do circuito é comparar números. Salve o arquivo .dig para anexar ao relatório como pr05_parte2-q1.dig.

PÓS LABORATÓRIO - RELATÓRIO

1. Descreva os procedimentos de montagem realizados na prática. Comente o significado dos pinos $C_0$ e $C_4$ do circuito somador e sobre as entradas $P=Q_i$, $P>Q_i$ e $P<Q_i$ e saídas $P=Q$, $P>Q$ e $P<Q$ do circuito comparador. Qual a função de cada uma dessas entradas/ saídas?

2. Utilize portas lógicas básicas (AND, OR e NOT) para construir um circuito que receba uma entrada de três bits $A_2A_1A_0$ e um bit de sinal $S_0$ e retorne uma saída de quatro bits $B_3B_2B_1B_0$ que equivale à entrada em formato complemento de dois. Se a entrada for positiva, é mantida na saída da forma $B_2B_1B_0 = 0 A_1A_0$ e, caso seja negativa, $B_2B_1B_0 = comp2(A_1A_0 )$. Basicamente irá receber um número em sinal magnitude (SM) e irá convertê-lo para Complemento de dois (comp2). Exemplos:

   0 101 (+5 em SM) -> 0101 (+5 em comp2)

   1 110 (-6 em SM) -> 1010 (-6 em comp2)

Mostre o diagrama do circuito e todas as 16 saídas possíveis. Salve o arquivo .dig para anexar ao relatório como pr05_posLab-q2.dig.