Nós estamos acostumados a utilizar o sistema decimal de numeração, que usa 10 algarismos para formar todos os números: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, e 9. Esse sistema de numeração usa exatamente 10 algarismos devido ao fato dos seres humanos terem 10 dedos.
Historicamente o número 10 foi escolhido, pois os números eram usados na vida cotidiana para contar. Contar carneiros, bois, pães, pessoas, etc. Nada mais natural que contar com os dedos. Se uma pessoa perguntar a uma criança de três anos a sua idade, ela verá que a criança responde mostrando três dedos da mão.
Certas vezes precisamos fornecer números a alguns aparelhos, como uma calculadora, um celular, um controle remoto, um computador. Nós podemos enxergar esses números na tela ou no teclado, mas dentro desses aparelhos os valores são trabalhados em outro sistema, mais adequado aos circuitos digitais. Trata-se do sistema binário.
Enquanto no sistema decimal usa-se dez algarismos (de 0 a 9) para formar todos os números, no sistema binário, só são utilizados dois algarismos para representar qualquer valor: 0 e 1. Por exemplo, o número 13, que no sistema decimal é representado apenas com dois dígitos (1 e 3), no sistema binário é representado com 4 dígitos, na forma: 1011.
A razão pela qual os aparelhos usam esse sistema é porque ele torna mais fácil a implementação da tecnologia eletrônica atual. Assim, os circuitos digitais trabalham internamente apenas com dois níveis de tensão: alto ou baixo, que são representados pelos números 1 e 0, respectivamente. Assim torna-se fácil representar qualquer informação com esses dois dígitos. A cada um desses impulsos elétricos, dá o nome de Bit (do inglês Binary digit, ou seja, dígito binário). Portanto, o bit é a menor unidade de informação.
Sempre que um circuito qualquer precisa receber ou transmitir dados, esses dados são representados na forma de bits. Entretanto, um bit é muito pouco, já que pode representar apenas dois valores. Normalmente, os circuitos integrados trabalham com agrupamentos de bits. Nos PCs, por exemplo, os bits são transmitidos em grupos de 4, 8, 16, 32 ou 64 bits simultâneos. Quando se diz que um computador possui processador 32 bits, significa dizer que dentro dele trafegam 32 bits de uma só vez. Logo, esse processador é mais rápido que outro processador de 16 bits, por exemplo.
Definição de circuito eletrônico
Um circuito integrado pode ser definido como sendo um conjunto de componentes de elementos de circuito, como resistores, diodos, capacitadores e transistores, formados e interligados de forma simultânea dentro de um mesmo corpo, normalmente uma pastilha de silício, constituindo um dispositivo único que realiza a função do circuito. Confira agora as qualidades e as limitações desse tipo de circuito.
Vantagens
Os circuitos integrados são indicados principalmente em aplicações que têm funções repetitivas e possuem espaços limitados.
1. Tamanho e peso
As pequenas dimensões de um circuito integrado, se comparadas com o espaço necessário para adicionar os componentes equivalentes, constituem uma vantagem enorme. Dessa forma, um cirtuito integrado, contendo centenas de componentes, pode ter o tamanho de um único transistor normal. Como possui dimensões reduzidas, os circuitos integrados acaba também diminuindo o peso, o que é uma vantagem para a maioria das aplicações.
2. Potência
Por possuir uma dimensão menor, os circuitos integrados consomem menos potência, aquecem menos e por isso não necessitam de grandes sistemas de refrigeração, o que traz economia.
3. Alta velocidade
Como o tamanho de um circuito integrado é muito reduzido, os sinais levam pouco tempo para percorrê-lo, permitindo altas velocidades. Esta é uma grande vantagem para aplicações complexas, nas quais milhares de operações são necessárias.
4. Confiabilidade
Os circuitos integrados são fabricados com excepcional controle de qualidade, e todos os seus elementos internos são perfeitamente conectados. Normalmente, um circuito integrado é 50 vezes mais confiável que um circuito convencional. Alguns circuitos integrados especiais, para as aplicações da indústria aeroespacial, possuem índice de falhas menor do que 0,001% por 1.000 horas de operação.
5. Custo
Um circuito integrado tem um custo menor do que o custo total de componentes e materiais que seriam necessários para montar um circuito equivalente. O custo cai à medida que mais componentes podem ser inseridos em um único chip.
6. Facilidade de manutenção
É mais fácil realizar a manutenção em circuitos integrados complexos, que utilizam circuitos integrados, do que se estes fossem constituídos apenas de componentes individuais. Como a maioria dos circuitos integrados correspodem a determinadas partes ou estágios desse circuito complexo, fica mais fácil de encontrar o componente defeituoso. Dessa forma, as exigências de tempo e de pessoal de manutenção são reduzidas, sem falar nos estoques e peças.
Desvantagens
1. Limitação de tipos
A tecnologia utilizada para a fabricação de circuitos integrados é muito cara e, portanto, será justificada apenas se a produção for de alta quantidade de peças, geralmente na casa de milhões de unidades. Não se justifica, economicamente, produzir apenas algumas centenas ou milhares de unidades. Por isso, existem apenas alguns tipos de circuitos integrados de uso geral no mercado.
2. Limitação de correntes e tensões
Em razão de seu pequeno tamanho, os circuitos integrados não podem trabalhar com altas tensões e correntes. As altas tensões romperiam seu sistema de isolamento interno. Correntes altas geram mais calor, o que faz com que seja necessária uma área maior para dissipar o calor, e sabemos que a característica do circuito integrado é ser pequeno, portanto, com pequena área.
Bem, é mais fácil falar das vantagens que desvantagens dos circuitos integrados. Se eles não fossem tão vantajosos assim, não teriam se espalhado pelo mercado de eletrônicos como temos hoje, não é mesmo?
Displays eletrônicos
Muitas aplicações requerem o uso de display’s de sete-segmentos. A seguir, será apresentado algumas características destes display’s, bem como a utilização do mesmo em projetos, onde necessita a multiplexar vários deles. Também será abordado os displays matriz de ponto, muito utillizado em painéis de mensagens.
Display de 7 segmentos
O display de sete segmentos, é formado por sete leds, dispostos em forma de oito. Quando necessita-se acender o número “0”, liga-se os leds correspondentes ao digito “0”, por exemplo, os segmentos a, b, c, d, e, f.
O display pode ser do tipo anodo comum, ou seja os terminais anodo de todos os segmentos estão interligados internamente e para o display funcionar, este terminal comum deverá ser ligado em Vcc, enquanto que o segmentos para ligar precisam estar ligados no GND (lógica inversa). Já o display catodo comum, é o contrário, ou seja, o terminal comum, deverá ser ligado ao GND e para ligar o segmento é necessário aplicar Vcc ao terminal.
Atualmente, o display mais comercializado é o do tipo anodo comum.
Como os segmentos são leds, então precisamos limitar a corrente, para isso devemos usar um resistor em cada segmento. A corrente utilizada, depende do brilho que queremos do display, normalmente se utiliza entre 220 e 560 ohms, para uma fonte de 5Volts. O que equivale entre 9mA a 20mA. Não devemos usar valores de resistores muito baixo, pois estaremos reduzindo a vida útil do display, inclusive podemos queimar o segmento. Uma dica, se for usar um display, teste antes cada segmentos, para ter certeza que não está usando um display com algum segmento queimado.
Um dispositivo eletrônico muito usado com os displays de 7 segmentos é o decodificador BCD-7segmentos. O decodificador tem a função de interpretar um código e gerar os sinais para ligar o digito correspondente a este código.
Entretanto, se você estiver fazendo um projeto em VHDL, então não é necessário o uso de decodificadores externos, você pode descrevê-lo em VHDL. Para isso, use a função CASE. A seguir, é apresentado um exemplo.
Muitas aplicações que utilizam display’s de sete-segmentos, necessitam diversos deles. Isto implica em um circuito muito grande. Uma solução adotada e muito simples é multiplexar os displays. O que significa multiplexar? Multiplexar, significa ativar um display de cada vez, alternar o funcionamento dos displays. Portanto, cada display ficará ligado por um espaço de tempo e depois apagará, mas isto é feito a uma frequencia que o visão humana não consegue perceber, ou seja, se os displays estiverem sendo multiplexados com uma frequencia de 50 Hz ou maior, a visão humana terá a impressão que todos os displays estão ligados, mas na realidade quando um liga os outros estão desligados. As figuras abaixo, mostram este efeito. Note que a figura da esquerda, a freqüência é baixa e conseguimos ver o acender e o apagar dos displays, enquanto que a figura da direita, não se percebe isso.
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Displays matriz de ponto
A matriz de ponto é muito semelhante ao display, ou seja, é uma matriz de leds no formato 7x5, só que ao contrário do display de 7 segmentos, não conseguimos ligar todos os leds ao mesmo tempo, só uma coluna por vez. Logo precisa-se multiplexar as colunas, para ver o caractere no display.
A seguir é apresentado três figuras mostrando este efeito.
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