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Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital CURSO TÉCNICO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL RAFAEL AUGUSTO FERREIRA RA: 2232/19-1 RELATÓRIO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO 1: Funcionamento das portas Lógicas. LIMEIRA – SP 2024 Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Funcionamento das portas Lógicas Objetivo: Comprovar o funcionamento de diferentes portas lógicas (NOT, AND, NAND, NOR) utilizando circuitos integrados da família 74xx em um protoboard, e comparar os resultados experimentais com as tabelas verdade teóricas. Materiais Utilizados: Multímetro: O multímetro é um instrumento de medição fundamental na eletrônica e na manutenção elétrica, projetado para medir diversas grandezas elétricas em um único dispositivo. Ele pode realizar medições de tensão, corrente e resistência, além de oferecer funções adicionais, como teste de diodos e continuidade de circuitos. Existem dois tipos principais de multímetros: analógicos e digitais. Os analógicos utilizam um ponteiro em um display graduado para indicar as medições, enquanto os digitais apresentam os resultados em um visor numérico, tornando a leitura mais clara e precisa. Uma das principais funções do multímetro é a medição de tensão, que permite verificar a tensão elétrica em circuitos, tanto em corrente contínua (DC) quanto em corrente alternada (AC). Ele também mede a corrente elétrica que flui por um circuito, ajudando a determinar o consumo de dispositivos. Além disso, o multímetro pode avaliar a resistência de componentes, ajudando a identificar falhas em circuitos. Outra função importante é o teste de diodos, que verifica a funcionalidade de diodos e outros componentes semicondutores. O teste de continuidade é utilizado para checar se há uma conexão elétrica contínua em fios e circuitos. O uso do multímetro é essencial em projetos de eletrônica, reparos em eletrodomésticos e diagnósticos em sistemas elétricos. Ele auxilia profissionais e entusiastas a identificar problemas, garantindo a segurança e a eficiência dos dispositivos. Em resumo, o multímetro é uma ferramenta versátil e indispensável Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital que permite medir e diagnosticar condições elétricas de forma precisa, desempenhando um papel crucial na eletrônica e na manutenção elétrica. Fonte de alimentação 5 (V): Uma fonte de alimentação é um dispositivo que converte energia elétrica de uma forma para outra, fornecendo a tensão e corrente necessárias para o funcionamento de equipamentos e circuitos eletrônicos. Sua função principal é garantir que os dispositivos recebam a energia adequada para operar de maneira eficiente e segura. Existem diferentes tipos de fontes de alimentação, sendo as mais comuns as fontes AC-DC e DC-DC. As fontes AC-DC convertem a corrente alternada, que é a forma de eletricidade fornecida pela rede elétrica, em corrente contínua, que é utilizada pela maioria dos dispositivos eletrônicos, como computadores, smartphones e sistemas de automação. Já as fontes DC-DC ajustam ou alteram a tensão de uma fonte já existente, permitindo que a tensão fornecida seja adaptada às necessidades específicas dos circuitos. As fontes de alimentação são caracterizadas por sua tensão de saída, que pode variar (como 5V, 12V ou 24V), e pela capacidade de corrente, que indica a quantidade de corrente que podem fornecer. Além disso, a estabilidade da tensão é fundamental; uma boa fonte deve manter a tensão constante, mesmo com variações na carga. Muitas fontes também incluem proteções contra sobrecarga e curto-circuito, garantindo a segurança do sistema. Essas fontes são amplamente utilizadas em diversas aplicações, desde alimentar circuitos eletrônicos em protótipos e projetos de hobby até carregar dispositivos móveis e fornecer energia para equipamentos industriais. Em resumo, a fonte de alimentação é um componente essencial na eletrônica, responsável por garantir que dispositivos funcionem de maneira confiável e eficiente. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Protoboard: A protoboard, também conhecida como placa de ensaio ou breadboard, é uma ferramenta fundamental para prototipagem em eletrônica. Ela permite que engenheiros, estudantes e entusiastas montem circuitos eletrônicos de forma rápida e sem a necessidade de soldagem. A protoboard é composta por uma série de furos interconectados, onde componentes eletrônicos, como resistores, capacitores e circuitos integrados, podem ser inseridos. A disposição dos furos é projetada de forma que os terminais dos componentes se conectem facilmente entre si. Geralmente, a protoboard possui linhas de conexão horizontais e verticais, que facilitam a criação de circuitos. As linhas horizontais, frequentemente localizadas nas partes superior e inferior, são usadas para distribuir energia, enquanto as colunas verticais centralizadas são destinadas à montagem dos componentes. Uma das grandes vantagens da protoboard é sua flexibilidade. Os circuitos podem ser montados, testados e alterados rapidamente, permitindo experimentação e aprendizado. Além disso, é uma ferramenta ideal para estudantes que estão começando a aprender sobre eletrônica, pois possibilita a visualização e o entendimento de como os componentes interagem entre si. As protoboards variam em tamanho, desde pequenas versões que podem caber em uma mochila até modelos maiores que suportam circuitos mais complexos. Elas são uma parte essencial do processo de design e prototipagem, tornando a eletrônica mais acessível e prática. Em resumo, a protoboard é uma ferramenta indispensável para quem deseja explorar e criar circuitos eletrônicos de forma eficiente e sem complicações. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Resistor: Um resistor é um componente eletrônico fundamental que limita o fluxo de corrente elétrica em um circuito. Sua principal função é controlar a quantidade de corrente que passa através dele, permitindo que circuitos funcionem de forma segura e eficaz. Os resistores são utilizados em uma ampla variedade de aplicações, desde simples circuitos de iluminação até dispositivos complexos em equipamentos eletrônicos. Os resistores são caracterizados por sua resistência, medida em ohms (Ω). A resistência determina quão difícil é para a corrente passar pelo resistor; valores mais altos significam menor corrente. Eles podem ser classificados em duas categorias principais: resistores fixos, que têm uma resistência constante, e resistores variáveis, como potenciômetros, que permitem ajustar a resistência conforme necessário. Os resistores também dissipam energia na forma de calor, o que deve ser considerado em circuitos de alta potência. Eles são frequentemente identificados por suas cores, que seguem um código de cores padrão, facilitando a leitura de seu valor de resistência. Além de limitar a corrente, os resistores desempenham outras funções em circuitos, como dividir tensões, estabilizar correntes e proteger componentes sensíveis contra picos de tensão. Em resumo, os resistores são componentes essenciais na eletrônica, desempenhando um papel crucial na regulação e controle do fluxo de corrente em circuitos elétricos.Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Os circuitos integrados (CIs): Os circuitos integrados (CIs) são componentes fundamentais na eletrônica moderna, que combinam uma variedade de elementos eletrônicos, como transistores, resistores e capacitores, em uma única pastilha de material semicondutor, geralmente feito de silício. Essa tecnologia permite a miniaturização e a complexidade de circuitos que antes ocupavam muito mais espaço em equipamentos eletrônicos. Os CIs são categorizados em diferentes tipos, sendo os mais comuns os circuitos integrados analógicos, digitais e mistos. Os CIs analógicos são utilizados para processar sinais contínuos, como amplificadores de áudio. Já os CIs digitais lidam com sinais discretos, formando a base de microprocessadores e microcontroladores, que são essenciais para computadores e dispositivos móveis. Os CIs mistos, por sua vez, combinam funções analógicas e digitais, permitindo uma ampla gama de aplicações em sistemas embarcados. Uma das principais vantagens dos circuitos integrados é a sua capacidade de reduzir significativamente o tamanho e o peso dos dispositivos eletrônicos, aumentando a eficiência e o desempenho. Além disso, a produção em massa de CIs torna o custo por unidade muito mais baixo, o que contribui para a acessibilidade da tecnologia. As aplicações dos circuitos integrados são vastas e incluem áreas como comunicações, computação, automação industrial e eletrodomésticos. Eles desempenham um papel crucial em tudo, desde smartphones e tablets até sistemas de controle em automóveis e equipamentos médicos. Em resumo, os circuitos integrados são essenciais para o avanço da tecnologia, possibilitando a criação de dispositivos mais compactos, eficientes e poderosos, moldando o mundo moderno da eletrônica. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Cabos de conexão: Os cabos de conexão na automação são fundamentais para interligar dispositivos e componentes em sistemas automatizados. Eles permitem a transmissão de sinais elétricos, dados e energia entre controladores, sensores, atuadores e outros elementos do sistema. Existem diferentes tipos de cabos utilizados na automação. Os cabos de alimentação são usados para fornecer energia elétrica a dispositivos, como controladores e motores, sendo robustos e capazes de suportar altas correntes. Os cabos de sinal transportam dados e sinais de controle entre componentes e podem ser coaxiais, de par trançado ou ópticos, dependendo da aplicação. Já os cabos de comunicação são utilizados em protocolos industriais, como RS-232, RS-485 ou Ethernet, garantindo a troca eficiente de informações. Os cabos de rede são comuns em sistemas de automação que utilizam redes, como dispositivos IoT, com cabos como Cat5e ou Cat6. É importante considerar a blindagem dos cabos, que ajuda a proteger contra interferências eletromagnéticas, especialmente em ambientes industriais. O comprimento e a seção dos cabos também devem ser escolhidos adequadamente para minimizar quedas de tensão e garantir a eficiência da transmissão. Além disso, a escolha de conectores adequados é crucial para garantir a integridade da conexão e facilitar a manutenção do sistema. Os cabos de conexão são amplamente utilizados em diversas áreas da automação, incluindo automação industrial, controle de processos, sistemas de segurança e automação predial. Eles garantem que os sistemas funcionem de maneira coordenada e eficiente, permitindo a integração e o controle de diferentes dispositivos. Em resumo, os cabos de conexão são elementos essenciais na automação, proporcionando a interligação necessária para a operação e comunicação entre os diversos componentes de um sistema automatizado. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Introdução Teórica: As portas lógicas são circuitos digitais fundamentais que realizam operações lógicas. Cada porta tem um comportamento específico, definido por suas tabelas verdade: Porta NOT: A porta NOT é uma inversora lógica que transforma um sinal de entrada. Se a entrada for 0, a saída será 1; se a entrada for 1, a saída será 0. Essa porta é essencial para operações lógicas de negação e é frequentemente utilizada em circuitos para inverter estados. Porta AND: A porta AND é um componente que gera uma saída alta (1) somente quando ambas as suas entradas são altas (1). Se qualquer uma das entradas for baixa (0), a saída será 0. Essa porta é amplamente usada em circuitos digitais para garantir que todas as condições necessárias sejam atendidas antes de ativar a saída. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Porta NAND: A porta NAND é a inversão da porta AND. Ela produz uma saída baixa (0) somente quando ambas as entradas são altas (1). Em todos os outros casos, a saída será alta (1). Essa porta é muito utilizada em circuitos digitais, pois pode ser usada para construir qualquer outra porta lógica. Porta NOR: A porta NOR é a inversão da porta OR. A saída será alta (1) somente quando ambas as entradas forem baixas (0). Se pelo menos uma das entradas for alta (1), a saída será 0. Essa porta é fundamental em circuitos digitais, permitindo a criação de funções lógicas mais complexas. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Porta OR: A porta OR realiza a operação lógica de disjunção. A saída será alta (1) se pelo menos uma das suas entradas for alta (1). Se ambas as entradas forem baixas (0), a saída será 0. Essa porta é amplamente utilizada em circuitos digitais, permitindo que uma condição seja atendida se qualquer uma das entradas estiver ativa, sendo crucial em sistemas de controle e lógica. Esses circuitos integrados, pertencentes à série 74xx, contêm várias portas lógicas que podem ser testadas por meio de diferentes combinações de entradas. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Procedimento Experimental: Porta NOT (CI 74xx04): Montagem do Circuito: Foi montado um circuito com o CI 74xx04, conectando a alimentação em VCC (5V) e GND (0V). A entrada A foi conectada a uma resistência de 1kΩ. Resultados Experimentais: O comportamento da porta NOT foi verificado, onde foi observado: Quando A = 0, S deve ser 1. Quando A = 1, S deve ser 0. Tabela NOT A S (V) S (Lógico) 0 4,63 1 1 0 0 Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Porta AND (CI 74xx08): Montagem do Circuito: Foi montado o circuito com o CI 74xx08, conectando as entradas A e B, e medindo a saída Y. A alimentação foi de 5V (VCC) e 0V (GND). Resultados Experimentais: A porta AND gerou saída 1 apenas quando ambas as entradas A e B foram 1, conforme a tabela verdade: Tabela AND A B S (V) S (Lógico) 0 0 0,73 0 0 1 0,78 0 1 0 0,79 0 1 1 4,35 1 Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Porta NAND (CI 74xx00): Montagemdo Circuito: Foi montado o circuito com o CI 74xx00, conectando as entradas A e B, e medindo a saída Y. A alimentação foi de 5V (VCC) e 0V (GND). Resultados Experimentais: A porta NAND gerou saída 1, exceto quando ambas as entradas eram 1, conforme a tabela verdade: Tabela NAND A B S (V) S (Lógico) 0 0 4,36 1 0 1 4,36 1 1 0 4,36 1 1 1 0,16 0 Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Porta NOR (CI 74xx02): Montagem do Circuito: Foi montado o circuito com o CI 74xx02, conectando as entradas A e B, e medindo a saída Y. A alimentação foi de 5V (VCC) e 0V (GND). Resultados Experimentais: A porta NOR gerou saída 1 somente quando ambas as entradas eram 0, conforme a tabela verdade: Tabela NOR A B S (V) S (Lógico) 0 0 4,37 1 0 1 012 0 1 0 0,12 0 1 1 0,10 0 Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital Porta OR (CI 74xx32): Montagem do Circuito: Foi montado o circuito com o CI 74xx32, conectando as entradas A e B, e medindo a saída Y. A alimentação foi de 5V (VCC) e 0V (GND). Resultados Experimentais: A porta OR gerou saída 0 somente quando ambas as entradas eram 0, conforme a tabela verdade: Tabela OR A B S (V) S (Lógico) 0 0 0,10 0 0 1 4,35 1 1 0 4,35 1 1 1 4,35 1 Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital A análise técnica do circuito lógico mostrado na imagem é apresentada a seguir. O circuito é composto por portas lógicas NAND, OR e NOT, e o objetivo é determinar o valor da saída com base nas entradas fornecidas. As entradas são: 0, 0 e 1. Na primeira etapa, três portas NAND processam as entradas: A primeira porta NAND recebe as entradas 0 e 0, resultando em uma saída 1. A segunda porta NAND, que também recebe as entradas 0 e 0, também produz uma saída 1. A terceira porta NAND recebe as entradas 0 e 1, resultando em uma saída 1. Na segunda etapa, as saídas das portas NAND são passadas para portas OR: A primeira porta OR recebe as saídas das portas NAND 1 e 2, ambas 1, e gera uma saída 1. Técnico de Automação Industrial Eletrônica Digital A segunda porta OR recebe as saídas das portas NAND 2 e 3, ambas 1, resultando também em uma saída 1. Na terceira etapa, a saída das portas OR é processada por uma porta NAND final, que recebe 1 e 1 como entradas e gera uma saída 0. Esta saída é invertida pela porta NOT, resultando em uma saída final 4,60. Portanto, o valor da saída final do circuito, considerando as entradas fornecidas, é 1. O valor encontrado na saída do circuito analisado é, portanto, 1, conforme esperado a partir da combinação das portas lógicas NAND, OR e NOT. Conclusão: Através da realização dos experimentos com os CIs 74xx04 (NOT), 74xx08 (AND), 74xx00 (NAND), 74xx02 (NOR) e 74xx32 (OR), foi possível comprovar experimentalmente o funcionamento correto das portas lógicas conforme suas tabelas verdade. Todas as saídas medidas apresentaram o comportamento esperado, confirmando os conceitos teóricos estudados em sala de aula. As portas lógicas, sendo blocos fundamentais da eletrônica digital, desempenham funções essenciais em circuitos mais complexos, e esta prática permitiu uma compreensão mais profunda do seu funcionamento real.