CIRCUITOS DIGITAIS. Apresentação da Disciplina Introdução aos Circuitos Digitais. Prof. Denis Fantinato Prof. Rodrigo Moreira Bacurau

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1 CIRCUITOS DIGITAIS Apresentação da Disciplina Introdução aos Circuitos Digitais Prof. Denis Fantinato Prof. Rodrigo Moreira Bacurau Slides baseados nas aulas do Prof. Rodrigo Moreira Bacurau

2 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Professor: Denis Fantinato Página: professor.ufabc.edu.br/~denis.fantinato Carga horária total: 48hr Carga horária semanal teórica: 3 hr Carga horária semanal prática: 1 hr 2

3 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Datas Aulas Práticas (Quinzenal I - Sextas-feiras): 15/02, 01/03, 15/03, 29/03 e 12/04 Objetivos: Apresentar as técnicas e os componentes lógicos discretos utilizados no projeto de circuitos digitais. Metodologia: Aulas expositivas com realização de exercícios em sala de aula. Exercícios e atividades extraclasse. Construção de circuitos digitais utilizando componentes discretos (aulas práticas). 3

4 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Conteúdo Programático: Sistema de numeração Portas lógicas Álgebra booleana Circuitos combinacionais e técnicas de simplificação. Codificadores, decodificadores Circuitos Sequenciais Flip-Flops, registradores e contadores. Elementos de memória. 4

5 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Avaliações: - Os alunos serão avaliados através de duas provas escritas individuais; Datas das avaliações: - Primeira prova (A1): 26/03/ Segunda Prova (A2): 03/05/ Prova Substitutiva (S): 08/05/2019 (TODO CONTEÚDO) - Prova Recuperação (R): 13/05/2019 (TODO CONTEÚDO) 5

6 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Cálculo da nota final: - Cada prova receberá uma nota de 0 a 10 - Nota 1: N1 = 0,75*A1 + 0,25*(pré-relatórios e relatórios das aulas práticas) - Nota 2: N2 = 0,75*A2 + 0,25*(pré-relatórios e relatórios das aulas práticas) - Nota Final: NF = (N1 + N2) / 2 - Nota Final Pós-Recuperação: NFR = (NF + R) / 2 6

7 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Cálculo da nota final: - A nota final será convertida para conceitos através da seguinte tabela: A: 8,5 10 B: 7 8,49 C: 6 6,99 D: 5 5,99 F: 0 4,99 7

8 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Observações: - A prova substitutiva (S) só poderá ser feita pelos alunos que não puderam fazer uma das duas avaliações (A1 ou A2) pelos motivos descritos na Resolução CONSEPE Serão realizadas provinhas nos 10 a 15 minutos iniciais de algumas aulas contemplando o conteúdo das aulas anteriores. Essas provinhas poderão gerar pontos extras para a N1 e N2. - Só poderão fazer a prova de recuperação alunos que ficaram com média D ou F. - Os alunos quetiverem menos de 75% de presença ficarão com conceito O. 8

9 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Bibliografia Básica: - FLOYD, Thomas. Sistemas digitais: fundamentos e aplicações. 9ª edição. Porto Alegre, RS: Bookman, TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.; MOSS, G. L. Sistemas digitais: princípios e aplicações. 11ª edição. São Paulo, SP: Pearson/Prentice Hall,

10 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Bibliografia Complementar: - VAHID, F. Sistemas digitais: projeto, otimização e HDLS. Porto Alegre, RS: Artmed, BIGNELL, J.; DONOVAN, R. Eletrônica digital. São Paulo, SP: Cengage learning, ERCEGOVAC, M.; LANG, T.; MORENO, J. H. Introdução aos sistemas digitais. Porto Alegre, RS: Bookman, IDOETA, I. V.; CAPUANO, F. G. Elementos de eletrônica digital. 40ª Ed. São Paulo, SP: Érica,

11 Apresentação da Disciplina Circuitos Digitais Bibliografia Complementar: - KATZ, R. H.; BORRIELLO, G. Contemporary logic design. 2ª edição. Upper Saddle River, USA: Pearson Prentice Hall, WAKERLY, John F. Digital design: principles and practices. 4ª edição. Upper Saddle River, USA: Pearson/Prentice Hall, AGARWAL, A.; LANG, J. H. Foundations of analog and digital eletronic circuits. Amsterdam, NLD: Morgan Kaufmann Publishers,

12 O que será visto nesta aula Apresentação da Disciplina Introdução à Eletrônica Digital Revisão: - Sistemas de numeração: decimal, binário e hexadecimal. - Codificações: ASCII, Código BCD e Código Gray. 12

13 Introdução à Eletrônica Digital Grandezas Analógicas e Digitais Grandezas analógicas possuem valores contínuos Grandezas digitais possuem conjuntos de valores discretos 13

14 Introdução à Eletrônica Digital Exemplos de Dispositivos Analógicos e Digitais Analógicos Digitais 14

15 Introdução à Eletrônica Digital Exemplos de Dispositivos Analógicos e Digitais - Analógico - Digital 15

16 Introdução à Eletrônica Digital Vantagens da Eletrônica Digital: - Mais fáceis de serem projetados; - Maior facilidade em manter exatidão e precisão; - Menos suscetível a ruídos; - Facilidade de implementação em circuitos integrados (CIs); - Fácil armazenamento de informação; - Facilidade de reprogramação. 16

17 Introdução à Eletrônica Digital Desvantagens da Eletrônica Digital: - O mundo é analógico. Nem tudo pode ser desenvolvido de forma digital. - Exige a conversão de grandezas analógicas para uma representação digital. Etapas necessárias: 1. Converter a variável física em um sinal elétrico (analógico). 2. Converter o sinal analógico para formato digital. 3. Processar (operar) a informação digital. 4. Converter a saída digital de volta para uma forma analógica. 17

18 Introdução à Eletrônica Digital Sistema de regulagem da temperatura utilizando-se um conversor analógico-digital. 18

19 Introdução à Eletrônica Digital Representação da Informação: - Níveis de tensão: - Níveis lógicos: ALTO BAIXO - Dígitos binários: 0 e 1. - Lógica positiva: ALTO = 1 e BAIXO = 0 - Lógica negativa: ALTO = 0 e BAIXO = 1 19

20 Introdução à Eletrônica Digital Transporte de informação binária: - 20

21 Introdução à Eletrônica Digital Transporte de informação binária: Serial Paralela 21

22 Revisão: Sistemas de Numeração Sistemas de Numeração: - Decimal: dez símbolos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) - base 10; - Binário: dois símbolos (0, 1) - base 2; - Hexadecimal: dezesseis símbolos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D,E, F) - base 16; - Octal: oito símbolos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) - base 8; Atividade para casa: - Revisar os sistemas de numeração e conversões. 22

23 Revisão: Sistemas de Numeração Relação entre números hexadecimais, decimais e binários: - Vantagem do sistema decimal: mais natural. - Vantagem do sistema binário: mais facilmente processado pelas máquinas (computadores). - Vantagem do sistema hexadecimal: representação mais compacta dos números binários (um digito hexa representa 4 bits). 23

24 Revisão: Códigos BCD, Grey e ASC II Decimal Codificado em Binário (BCD): - Cada dígito é convertido em um binário equivalente. - Combina características dos sistemas decimal e binário. - BCD não é um sistema numérico. É um número decimal com cada dígito codificado para seu equivalente binário. - A principal vantagem do BCD é a relativa facilidade de conversão para e a partir do decimal. Exemplos ERRO 24

25 Revisão: Sistemas de Numeração Exercício em Classe: 1) Considerando o número formado pelos dois últimos dígitos de seu RA, converta-o de decimal para binário. 2) Como seria a representação desse número em BCD? 25

26 Revisão: Códigos BCD, Grey e ASC II Código Gray: - Apenas um bit muda de cada vez de um valor para o próximo. - Não há pesos associados aos bits (não é um código aritmético). 26

27 Revisão: Códigos BCD, Grey e ASC II Código Gray: - Utilizado em aplicações onde os números se alteram rapidamente, como por exemplo, em codificadores de posição de eixo (encoders). 27

28 Revisão: Códigos BCD, Grey e ASC II Bytes, Nibbles e Palavras - A maioria dos microcomputadores manipulam e armazenam informações e dados binários em grupos de 8 bits. Oito bits equivale a 1 byte. - Um byte pode representar vários tipos de dados/ informações. - Um grupo de 4 bits é denominado nibble. 28

29 Revisão: Códigos BCD, Grey e ASC II Bytes, Nibbles e Palavras - Uma palavra é um grupo de bits que representa uma determinada unidade de informação. - O tamanho da palavra pode ser definido como o número de bits na palavra binária em que um sistema digital opera. O tamanho da palavra de um PC atual é de 8 bytes (64 bits). 29

30 Revisão: Sistemas de Numeração Códigos Alfanuméricos - Representa todos os caracteres e funções encontrados em um teclado de computador: 26 letras minúsculas e 26 maiúsculas, 10 dígitos, 7 sinais de pontuação, de 20 a 40 outros caracteres. - O código alfanumérico mais utilizado é o ASCII - American Standard Code for Information Interchange (Código Padrão Americano para Intercâmbio de Informações). - Trata-se de um código de 7 bits: 2⁷ = 128 possíveis sinais de código. Pode ser utilizado para transferir informações entre computadores, entre computadores e impressoras e para armazenamento interno. 30

31 Revisão: Códigos BCD, Grey e ASC II Códigos Alfanuméricos - ASCII (American Standard Code for Information Interchange) 31

32 Exercícios 1 Explique a diferença entre uma grandeza digital e uma grandeza analógica. 2 Quais são as vantagens dos sistemas digitais com relação aos analógicos. 3 Qual é a principal desvantagem dos sistemas digitais com relação aos analógicos. 4 Cite 3 formas que uma informação pode ser codificada em um sistema digital binário. 5 Em um sistema digital, o valor exato da tensão de entrada do circuito é crucial? Explique. 6 Explique o que é e para que serve uma forma de onda de clock? 32

33 Exercícios 7 - Converta os seguintes números decimais para binário e hexadecimal: (a) 12 (b)25 (c)10 (d) 127 (e) Represente osseguintes números decimais em código BCD: (a) 12 (b)25 (c)10 (d) 127 (e) Represente os seguintes números decimais em código Gray: (a) 12 (b)25 (c)10 (d) 127 (e) Converta osseguintes números para decimal: (a) (b) 10 2 (c) (d) A0E 16 (e)

34 Exercícios 11 Qual é o peso dos bits menos significativos (LSB) e mais significativo (MSB) de um número de 16 bits. 12 Qual é o maior número decimal que pode ser representado em binário com 8 bits? E com 16? 13 Quantos bits são necessários para contar até 511? E para contar até 63? 14 Qual é o maior valor decimal que pode ser representado em BCD usando dois bytes. 15 Um CD-Rom pode armazenar 650 megabytes de dados digitais. Sendo, no contexto de sistemas digitais, 1 mega = 2 20, quantos bits de dados umcd-rom pode guardar? 34

35 Exercícios 16 Em um microcontrolador, os endereços de memória são representados com 16 bits. Responda: (a) Quantos dígitos hexadecimais são necessários para representar todos osendereços? (b) Qual é a faixa de endereço em hexadecimal? (c) Quantas posições de memória existem? 17 Suponha que os valores inteiros decimais de 0 a 15 sejam transmitidos embinário. Quantas linhas serão necessárias: (a) Se for usada comunicação paralela? (b) Se for usada comunicação serial? 35

36 Exercícios 18 - (a) Determine o tempo total necessário para a transferência serial de oito bits contidos na forma de onda A vista na Figura abaixo e indique a sequência de bits. O bit mais à esquerda é o primeiro a ser transferido. Um clock de 100 khz é usado como referência. (b) Qual é o tempo total de transferência dos mesmos oito bits em paralelo? 36

37 Referências FLOYD, Thomas. Sistemas digitais: fundamentos e aplicações. 9ª edição. Porto Alegre, RS: Bookman, TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.; MOSS, G. L. Sistemas digitais: princípios e aplicações. 11ª edição. São Paulo, SP: Pearson/Prentice Hall,