Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Elétrica. Eletrônica Digital. Plano de Ensino 2015_2

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1 Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Elétrica Eletrônica Digital Plano de Ensino 2015_2 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva ivan@ufpa.br

2 Eletrônica Digital Eletrônica Digital Horário de Aulas do Bloco_ Engenharia Elétrica Dias Letivos (Engenharia Elétrica) Feriados Datas das Avaliações Objetivos da Disciplina Metodologia Ementa Programa Avaliação 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 2

3 Horário de Aulas do Bloco_ Seg. Ter. Qua. Qui. Sex. 07:30 09:10 Álgebra Linear Química Geral Álgebra Linear Química Geral Álgebra Linear 09:20 11:00 Cálculo I Programação Estruturada de Computadores (01) Cálculo I Programação Estruturada de Computadores (01) Cálculo I Desenho Técnico para Engenharia (02) Desenho Técnico para Engenharia (02) 11:10 12:50 Eletrônica Digital Programação Estruturada de Computadores (02) Desenho Técnico para Engenharia (01) Eletrônica Digital Lab. de Eletrônica Digital (01) Programação Estruturada de Computadores (02) Lab. de Eletrônica Digital (02) Desenho Técnico para Engenharia (01) 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 3

4 Dias Letivos Eng. Elet. Mês ED LED: 01 LED: 01 mar 09, 11, 16, 18, 23, 25, 30 (07) 12, 19, 26 (03) 13, 20, 27 (03) abr 01, 06, 08, 13, 15, 20, 22, 27, 29 (09) 02, 09, 16, 23, 30 (05) mai 04, 06, 11, 13, 18, 20, 25, 27 (08) 07, 14, 21, 28 (04) 03, 10, 17, 24 (03) 01, 08, 15, 22, 29 (04) jun 01, 03, 08, 10, 15, 17, 22, 24, 29 (09) 04, 11, 18, 25 (03) 05, 12, 19, 26 (04) jul 01, 06, 08 (03) 02, 09 (02) 03, 10 (02) Tot Avaliações: abr: ED: 08 LED_01: 09 LED_02: 17 mai: ED: 13 LED_01: 14 LED_02: 29 jun: ED: 17, 22, 29 LED_01: 25 LED_02: 26 Jul: LED_01: 02, 09 LED_02: 03, 10 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 4

5 Metodologia A disciplina será desenvolvida fazendo-se uso das modernas técnicas de projeto, com base em ferramentas computacionais, de auxílio ao projetista, disponibilizadas pelos fabricantes de Programas Computacionais O aluno será orientado a desenvolver o raciocínio lógico através do estabelecimento de problemas, identificação das variáveis importantes e proposição de uma solução Todas as soluções apresentadas serão discutidas exaustivamente em sala de aula, com participação de todos os alunos Os resultados das avaliações serão imediatamente utilizados para corrigir distorções identificadas no processo ensinoaprendizagem. 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 5

6 Avaliação ED Será realizado um total de 5 (cinco) avaliações, sendo: N i : Nota da iésima avaliação (3 melhores notas entre as 4 primeiras) N F : Nota da avaliação Final Média Parcial : MP Média Final : MF 4 N i i MP 6 10 N F Para aprovação o aluno deve obter: MP 7,0 ou MF 5,0 MF CGC [0,5[ INS [5,7[ REG [7,9[ BOM [9,10] EXC 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 6

7 Avaliação LED Será realizado um total de 4 (quatro) avaliações, sendo: N i : Nota da iésima avaliação (3 primeiras avaliações) N F : Nota da avaliação Final Média Parcial : MP Média Final : MF 3 N i i MP 6 10 N F Para aprovação o aluno deve obter: MP 7,0 ou MF 5,0 MF CGC [0,5[ INS [5,7[ REG [7,9[ BOM [9,10] EXC 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 7

8 Objetivos Geral Fornecer conceitos fundamentais necessários ao projeto manual de Sistemas Digitais e Detalhar a forma atual de desenvolvimento de circuitos digitais com o uso de ferramentas CAD (Projeto Assistido por Computador). Específicos Conhecer as várias formas de representação (codificação) da informação. Projetar elementos básicos de processamento e armazenamento da informação. Compreender o ciclo de projeto de um sistema digital desde a especificação de requisitos até a prototipação final. 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 8

9 Ementa Análise e projeto de circuitos lógicos combinacionais. Blocos básicos de construção de circuitos digitais: somadores, comparadores, multiplexadores Circuitos seqüenciais: flip-flops, contadores, registradores de deslocamento Projetos auxiliados por computador: introdução às ferramentas CAD para hardware digital. 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 9

10 Introdução a Sistemas Digitais Sistemas Digitais Discreto X Contínuo Digital X Analógico Conceitos de Projeto Hardware Digital Chips padrões (Standard Chips) Dispositivos Lógicos Programáveis (Programmable Logic Devices) Chips Personalizados (Custom-Designed Chips) Processo de Projeto (The Design Process) Projeto de Hardware Digital (Design of Digital Hardware) Malha Básica de Projeto (Basic Design Loop) Estrutura de um Computador (Structure of a Computer) Projeto de uma Unidade de Hardware Digital (Design of a Digital) Hardware Unit Projeto de Circuitos Lógicos (Logic Circuit Design) Teoria e Prática (Theory and Practice) Referencias 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 10

11 Cap. 01 Introdução a Circuitos Lógicos Variáveis e Funções Tabela Verdade Redes e Portas Lógicas Análise de Uma Rede Lógica Àlgebra Booleana Diagrama de Venn Notação e Terminologia Precedência de Operações Síntese Usando Portas AND, OR, and NOT Formas de Soma-de-Produtos e Produto-de-Somas Redes Lógicas NAND e NOR Exemplos de Projetos Controle de Luz Three-Way Circuito Multiplexador Conclusões 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 11

12 Cap. 02 Implementação Otimizada de Funções Lógicas Mapa de Karnaugh Estratégia para Minimização Terminologia Procedimento de Minimização Minimização na forma de Produto-de-Somas Funções Especificadas de Forma Incompleta Circuitos com Múltiplas Saídas Síntese de Multi-Niveis Fatoração Decomposição Funcional Circuitos Multiníveis NAND e NOR Análise de Circuitos Multi-Níveis Considerações Práticas Conclusões 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 12

13 Cap. 03 Representação Numérica e Operações Aritméticas Codificação de Quantidades e Representação Numérica Sistemas de Numeração Representação Octal, Hexadecimal e Binário Adição de Números sem Sinal Números Binários com Sinal Números Negativos Adição e Subtração Esquema de Complemento da Base Overflow Aritmético Outras Representações Numéricas Representação de Decimal Codificado em Binário (BCD) Código de Caracteres ASCII 16/03/2015 Ivan Sebastião de Souza e Silva 13

14 Cap. 04 Circuitos Aritméticos Representação Numérica em Sistemas Digitais Inteiros Sem-Sinal Representação Octal e Hexadecimal Adição de Números sem Sinal Somador-Completo Decomposto Somador Ripple-Carry Exemplo de Projeto Números com Sinal Números Negativos Adição e Subtração Unidade Somadora e Subtratora Esquema de Complemento da Base Overflow Aritmético Somadores Rápidos Somador com Carry Antecipado (Carry-Lookahead Adder) Outras Representações Numéricas Número em Ponto Fixo Número em Ponto Flutuante Representação de Decimal Codificado em Binário (BCD) Código de Caractere ASCII 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 14

15 Cap. 05 Blocos de Construção de Circuitos Combinacionais Multiplexadores Síntese de Funções Lógicas com Multiplexadores Síntese de Multiplexador Usando Expansão de Shannon Decodificadores Demultiplexadores Codificadores Codificadores Binários Codificadores de Prioridades Conversores de Códigos Comparador Aritmético Conclusões 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 15

16 Cap. 06 Flip-Flops, Registradores, Contadores e um Processador Simples Latch Básico Gated SR Latch Gated SR Latch com Portas NAND Gated D Latch 388 Efeitos de Atraso de Propagação Flip-Flops D Mestre-Escravo e Gatilhado pela Borda Flip-Flops D Mestre-Escravo Flip-Flops D Gatilhado pela Borda Flip-Flops D com Clear e Preset Características de Temporização de Flip-Flop Flip-Flop T Flip-Flops Configuráveis Flip-Flop JK Resumo de Terminologia Registradores Registrador de Deslocamento Registrador de Deslocamento com Acesso Paralelo Contadores Contadores Assíncronos Contadores Síncronos Contadores com Carga (Load) em Paralelo Sincronização Reset Outros Tipos de Contadores Contador BCD Contador em Anel (Ring Counter) Contador Johnson Comentários em Projeto de Contador Exemplos de Projetos Estrutura de Barramento (BUS) Processador Simples Reaction Timer Register Transfer Level (RTL) Code Análise de Temporização de Circuitos Flip-Flop Conclusões 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 16

17 Cap. 07 Circuitos Sequenciais Síncronos Passos Básicos de Projeto Diagrama de Estados Tabela de Estados Atribuição de Estados Escolha de Flip-Flop e Derivação de Expressões de Próximo Estado e Saídas Diagrama de Tempo Resumo dos Passos de Projeto Problema de Atribuição de Estado One-Hot Encoding Modelo de Estados de Mealy Exemplo de Somador Serial FSM Tipo-Mealy para Somador Serial FSM Tipo-Moore para Somador Serial Minimização de Estados Procedimento de Minimização por Particionamento FSMs Especificadas de Forma Incompleta Projeto de Contador Usando a Abordagem de Circuito Sequencial Diagrama de Estados e Tabela de Estados para um Contador Módulo 8 Atribuição de Estados Implementação Usando Flip-Flops Tipo-D Implementação Usando Flip-Flops Tipo-JK Exemplo: Um Contador Diferente FSM como um Circuito Arbitrador Implementação do Circuito Arbitrador Minimização dos Atrasos de Saída para uma Resumo Análise de Circuitos Sequenciais Síncronos Algorithmic State Machine (ASM) Charts Modelo Formal para Circuitos Sequenciais Conclusões 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 17

18 Cap. 08 Circuitos Sequenciais Assíncronos Comportamento Assíncrono Análise de Circuitos Assíncronos Síntese de Circuitos Assíncronos Redução de Estados Atribuição de Estados Diagrama de Transição Entradas em Próximo-Estado Não Especificado Atribuição Usando Variáveis de Estados Adicionais Atribuição de Estado One-Hot Riscos (Hazards) Riscos Estáticos Riscos Dinâmicos Significância de Riscos Um Exemplo Completo de Projeto Controlador de uma Máquina de Vendas Conclusões 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 18

19 Bibliografia Livro-texto Brown, Stephen; Vranesic, Zvonko; Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design, second Edition, McGraw- Hill Higher Education, Bibliografia Complementar Ronald J. Tocci e Neal S. Widmer, Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações, Pearson-Prentice Hall, 11 a edição. John P. Uyemura, Sistemas Digitais: uma Abordagem Integrada; Thomson Pioneira, 2002 Herbert Taub. Circuitos Digitais e Microprocessadores. Mc-Graw-Hill. 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 19

20 Horário e local para atendimento extra-classe Local: Sala nº 28 do Laboratório de Engenharia Elétrica. Dias: 2ª. e 4ª. das 14:00 às 16:00 16/03/2015 Prof. Ivan Sebastião de Souza e Silva 20