UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA

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CARLOS EDUARDO ESMERALDO – 12270037

DOUGLAS DE ANDRADE NETO – 11270094

GUSTAVO MARTINS SÁ – 13270059

LUIZ RAPHAEL NUNES TORRES – 13270050

MAICON MAÇÃO QUIRINO – 11270062

CLSD

Prof.ª.:BRUNA TAVARES

Prof.: LUIS ANTÔNIO

RESENDE – RJ

2016

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1. INTRODUÇÃO

A ULA – Unidade Lógica Aritmética proposta tem o objetivo de integrar as disciplinas de Eletrônica e Circuitos Lógicos e Sistemas Digitais através do projeto de uma ULA de 4 Bits que deve realizar operações logicas e aritméticas utilizando portas logicas e multiplexadores. Foram utilizados os conhecimentos adquiridos nas aulas e estudados modelos diversos de circuitos em livros e na internet para a elaboração de um projeto que fosse simples, porém cumprindo todas as premissas.

1. ULA – UNIDADE LOGICA ARITIMÉTICA

1. CI 74LS181

        Atualmente já encontramos no mercado ULA’s pré-fabricadas encapsuladas como CI’s ou até produtos finais como calculadoras, ou computadores.

Dessa forma inicialmente foi pensado pelo grupo a utilização de uma ULA pré-fabricada. Ou seja, um CI. Onde, após pesquisas chegou-se ao resultado do CI 74LS181 como o mais viável. Devido compatibilidade com o projeto e facilidade de uso. Além de ser um dos CI’s mais conhecidos para tal aplicação.[pic 5]

1. FUNCIONAMENTO

O CI 74LS181 é uma Unidade Lógica Aritmética (ULA) de alta velocidade para 4 bits paralelos. Controlado por quatro funcões de seleção (S0-S3) e pela entrada de controle de modo (M), que altera entre as 16 operações lógicas ou 16 operações aritméticas. De acordo com a Tabela de funções da Figura 2.

Quando a entrada de controle de modo (M) é ALTA (nivel lógico 1) o dispositivo realiza operações lógicas sobre os bits individuais listados. Quando o modo de entrada é LOW (nivel lógico 0) o dispositivo executa operações aritméticas nas duas palavras de 4 bits.

O dispositivo incorpora um Carry-lookahead (transporte para frente) interno para transportar qualquer ondulação entre os dispositivos utilizando a saída Pin Cn + 4, ou para transportar a antecipação entre pacotes usando os sinais P (Carry Propagate) e G (Carry Generate). No modo ADD (Soma), P indica que F é 15 ou mais, enquanto G indica que F é 16 ou mais. No modo SUBTRACT (Subtração), P indica que F é zero ou menos, enquanto que G indica que F é menor que zero. P e G não são afetados pelo Carry-in.

A saída A = B do dispositivo vai para ALTA (nivel lógico 1)  quando todos as quatros saídas F são ALTAS (nivel lógico 1) e podem ser usadas para indicar lógica equivalência em quatro bits quando a unidade está no modo de subtração. A saída A = B é open-collector e pode ser conectada AND com outras saídas A = B para dar uma comparação para mais de quatro bits. O sinal A = B também pode ser usado com o sinal Cn + 4 para indicar A> B e A

A Tabela de Funções lista as operações aritméticas executado sem um carry-in. O carry de entrada adiciona um para cada operação. Assim, o código de seleção LHHL gera A Menos B menos 1 (notação complementar de 2s) sem o carry-in e gera A menos B quando um carry-in é aplicado. Como a subtração é efetivamente realizada por Adição (1s complemento), um Carry-out significa emprestar. Assim um carry-out é gerado quando não há underflow e nenhum carry-out é gerado quando há underflow.

Como indicado, este dispositivo pode ser utilizado com qualquer uma das entradas ativadas em LOW (nivel lógico 0)  que como resultado produzem saídas em LOW ou com entradas ativadas em HIGH (nivel lógico 1) que produzem saídas em HIGH. Em ambos os casos, a tabela  da Figura 2 lista as operações que são executadas para os operandos representados pelos símbolo lógico.

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1. ESQUEMA ELÉTRICO PROTHEUS

Assim, seguindo as orientações da folha de dados do componente. Partimos para criação do modelo simulado no software de simulação eletrônico PROTHEUS.

Onde, obteve-se o diagrama da Figura 3.

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        Para melhor identificação a Figura 4. Mostra a função dos Displays, chaves e LEDs no circuito. Enfatizando Entradas e Saídas, bem como os módulos ativos para as operações Aritméticas de Lógicas.

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E após ser testado as diferentes configurações e operações. Observou-se que não foi explorado ao máximo os conhecimentos agregados a uma ULA. Uma vez que utilizado uma ULA pré-fabricada, apesar de complexa e com vários recursos a disposição. Pouco se explora o dispositivo interno e bem como suas ligações justamente por já está tudo “pronto”.

Assim foi decidido pelo grupo projetar e criar uma ULA do zero. Partindo do princípio de explorar melhor o conhecimento na utilização de portas lógicas, somadores e multiplexadores em conjunto.

1. ULA PROJETADA

Para garanti a qualidade e facilidade para o projeto. Foi pesquisado um software melhor compatível com a utilização unidades logicas. Então, chegou-se a decisão da utilização do software LOGINSIM. Que é um software aberto disponibilizado para toda a comunidade no site http://www.cburch.com/logisim.

        Antes de iniciar o projeto foi definido algumas premissas, seguindo a principal que é suportar entradas de 4 Bits, conforme a Tabela 1.

ENTRADA	Palavras	Duas entradas de 4 Bits A3, A2, A1, A0 e B3, B2, B1, B0. Sendo A3 e B3 os bits mais significativos.
Seletores	S0 e S1, seletores de operação e M, seletor de modo (Aritmético/Logico).
Cin	É o carry-in ou vem-um
SAÍDAS	Palavras	Uma saída de 4 Bits F3, F2, F1, F0 é o resultado da operação entre s palavras A e B.
Cout	Carry-out ou vai-um

Tabela 1- Premissas do Projeto.

1. UNIDADE ARITMETICA.

Após definido as premissas iniciou-se a primeira parte da construção da ULA que foi o projeto da unidade aritmética. Que é responsável por realizar 4 operações aritméticas dependendo das entradas da seleção S1, S0 e Cin. Conforme a tabela 2.