Laboratório - Implementação de um MUX4:1 em protoboard

Objetivos

• Realizar a montagem em protoboard (breadboard, ou placa de ensaio) de um circuito MUX4:1.
• Preparar a montagem utilizando um simulador (Tinkecad)
• Verificar se o circuito funciona no Tinkercad
• Fazer a simulação no Falstad
• Realizar a montagem no laboratório utilizando CIs reais, protoboard, chaves e leds. (Usando o kit DATAPOOL)
• Redigir um relatório completo sobre a atividade realizada
• Trabalhar em equipe divindo tarefas, mas conhecendo o projeto por inteiro.
• Saber trabalhar em nuvem com ferramentas de ensino virtuais.

Procedimento de laboratório

Passo 1 - Organização

• Abra o software TinkerCAD, e ingresse na sala de aula https://www.tinkercad.com/classrooms/6LXaQB7L0aX
• Separe os seguintes materiais:

• 1 protoboard (Breadboard)
• 4 resistores de 1 kΩ
• 2 chave DIP Switch SPST x 4
• 2 LEDs (para indicar o estado da saída) Vermelho para ALTO, Verde para BAIXO
• 2 resistores de 330 Ω
• 1 Fonte de alimentação (Power Supply), e ajuste a tensão em 5V, e limite a corrente da fonte em 200 mA
• 2 Circuitos integrados 74HC11 (3 portas AND de 3 entradas)
• 1 Circuito integrado 74HC32 (4 portas OR de 2 entradas)
• 1 Circuito integrado 74HC04 (6 inversores)

• Consulte os datasheets nos links acima para verificar a pinagem de cada CI, e anote os pinos que serão utilizados das portas
• Realize a montagem do MUX4:1 no tinkercad conforme o diagrama esquemático.

Figura 1 - Circuito do MUX4:x1 com portas lógicas Fonte: FONTE: https://tinyurl.com/yuzchqk6.

• Inicie conectando os TERRA (GROUND) com fios PRETOS e as ALIMENTAÇÕES (POWER) com fios VERMELHOS
• Conecte as entradas usando fios AZUIS
• Faça a interconexão dos CIs usando fios AMARELOS
• Conecte as saídas usando fios VERDE

Figura 2 - Montagem inicial do MUX4:x1 com portas lógicas Fonte: FONTE: https://www.tinkercad.com/dashboard.

Na figura acima, foram colocados dois fios apenas para demostração. O fio azul foi conectado em linha reta (recomendação inicial), depois o fio pode ser ajustado dando duplo clique sobre ele e puxando-o para a posição mais adequada (ver fio verde comprido e fio verde curto).

Na figura também foram adicionados dois LEDs para sinalizar os estados lógicos de qualquer sinal digital. O LED vermelho acende para LOW, e o LED verde para HIGH. Note que o LED Verde está com os terminais invertidos em relação ao default.

Figura 3 - Sensor de nível lógico Fonte: FONTE: https://tinyurl.com/yl2r5s77.

https://tinyurl.com/yl2r5s77

Passo 2 - Teste no simulador

• Selecione nas chaves S1 e S0 a entrada desejada (X0 => "00", X1 => "01", ...) e verifique se a entrada correspondente a essa entrada é enviada para a saída Y.
• Dica selecione as chaves S1 e S0, depois produza uma variação 1-0-1-0-1 em cada uma das entradas e veja qual das entradas é copiada para a saída Y.

• A medida que realiza os testes, preencha a tabela verdade abaixo os valores observados na saída. Anote em Y_t (Y tinkercad):

Entrada sinal				Entrada controle		Saída			OBS
X3	X2	X1	X0	S1	S0	Y_t	Y_f	Y_l
-	-	-	0	0	0
-	-	-	1	0	0
-
-
-
-
	-
	-

• Confira se obtém o mesmo resultado no simulador Falstad https://tinyurl.com/yuzchqk6, preencha a tabela verdade abaixo os valores observados na saída. Anote em Y_f (Y falstad):

Passo 3 - Montagem no Laboratório

• Abra o software TinkerCAD, e use o circuito do passo 1 para fazer essa montagem. Recomendo salvar a imagem do Tinkercad para acessa-la facilmente pelo celular, cujo uso está autorizado para consulta nesta aula.
• Adicionalmente você recebeu a folha auxiliar AE2 - Implementação de um MUX4:1 em protoboard. Antes de começar a montagem anote a pinagem usada nos CIs, quais chaves serão utilizadas como entrada e depois anote no verso a tabela verdade observada em laboratório.

• Se for usar protoboard externo, você precisa de uma fonte externa também. Regule a fonte de alimentação (Power Supply), e ajuste a tensão em 5V, e limite a corrente da fonte em 200 mA, e deixe ela desligada até terminar toda a montagem.
• Se for usar o kit DATAPOOL, não será necessário usar protoboard adicional, nem fonte externa. As chaves DIP Switch e resistores de 1 kΩ, também podem ser substituidos pelas chaves do kit. Deixe o kit desligado até terminar toda a montagem.

Figura 4 - Chaves do kit DATAPOOL Fonte: Elaborado pelo autor.

Figura 5 - Fontes do kit DATAPOOL Fonte: Elaborado pelo autor.

Figura 6 - Protoboard do kit DATAPOOL Fonte: Elaborado pelo autor.

• Separe os seguintes componentes:

• 1 protoboard (Breadboard)
• 6 resistores de 1 kΩ
• 2 chave DIP Switch SPST x 4
• 2 LEDs (para indicar o estado da saída) Vermelho para ALTO, Verde para BAIXO
• 2 resistores de 330 Ω
• 2 Circuitos integrados 74HC11 (3 portas AND de 3 entradas)
• 1 Circuito integrado 74HC32 (4 portas OR de 2 entradas) ou

1 Circuito integrado CD4072 (2 portas OR de 4 entradas)

• 1 Circuito integrado 74HC04 (6 inversores)

• Note que talvez não tenha a disposição todas os fios das cores que deseja, e que talvez os fios não estejam com os terminais descascados. Neste caso é necessário primeiro descascar os terminais de alguns fios. Prepare um conjunto de fios suficiente para realizar a montagem.
• Note que o valor dos resistores é indicado através de um código do cores
• Realize a montagem do MUX4:1 conforme o diagrama esquemático.

• Inicie conectando os TERRA (GROUND) com fios PRETOS e as ALIMENTAÇÕES (POWER) com fios VERMELHOS
• Conecte as entradas usando fios AZUIS
• Faça a interconexão dos CIs usando fios AMARELOS
• Conecte as saídas usando fios VERDE

Passo 4 - Testes

• Selecione nas chaves S1 e S0 a entrada desejada (X0 => "00", X1 => "01", ...) e verifique se a entrada correspondente a essa entrada é enviada para a saída Y.
• Dica selecione as chaves S1 e S0, depois produza uma variação 1-0-1-0-1 em cada uma das entradas e veja qual das entradas é copiada para a saída Y.
• A medida que realiza os testes, preencha a tabela verdade acima os valores observados na saída. Anote em Y_l (Y laboratório).
• Confira se os valores observados LED VERDE ligado/desligado e LED VERMELHO ligado/desligado correspondem ao que foi simulado no Falstad e também no Tinkercad. Se houver diferença, explique o motivo.

Passo 5 - Documentação

• Ao longo do procedimento anote os valores e procedimentos realizados para incluí-los no relatório.
• Faça foto da montagem e também cópias das telas do computador para incluir no relatório.
• No relatório responda as seguintes QUESTÕES:

1. Com qual dos circuitos você conseguiu entender melhor o funcionamento do circuito? Usando o Tinkercad, Falstad ou Laboratório?
2. Em qual dos três casos você demorou mais tempo? Usando o Tinkercad, Falstad ou Laboratório?
3. Você consegue dizer aproximadamente o tempo utilizado em cada caso?
4. Quais dificuldades encontrou em cada um dos casos?
5. Quais foram as características positivas que viu em cada um dos casos?

Relatório Técnico

• Documentar o experimento em um relatório técnico que contenha no mínimo:

• Identificação (título, disciplina, data, autores);
• Introdução;
• Descrição do procedimento realizado;
• Resultados obtidos (com imagens dos itens importantes) e análise dos resultados;
• Conclusão.
• Apêndice (se desejar pode ser disponibilizados vídeos dos testes do circuito)

• O relatório deve também responder as questões levantadas e mostrar que os objetivos apresentados na introdução foram atendidos.

Entregas

• No tinkercad, cada aluno deve entregar seu próprio circuito feito no Tinkercad, na atividade MUX4:1
• Cada equipe deve enviar para o Moodle apenas um relatório em PDF.

Auxilios

• Basic Logic Gates using Tinkercad Video 15 min (inglês)
• Pocket Data Book, pag. 161 ss - Texas Instruments
• Série E: Capacitores e resistores
• Código de cores - wikipedia
• Calculador de código de resistores - Digikey
• Calculador de código de resistores - Mouser
• LEDs - Light Emitting Diode
• Color Blind Test - Ishihara Test. Caso você perceba que tem alguma dificultade de reconhecer as cores dos resistores, recomendo fazer o teste acima.
• Como enviar a atividade do TinkerCAD.