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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Sistemas Digitais

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Publicação em Diário da República: Despacho n.º 7795/2021 - 09/08/2021

6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 42,0 PL + 28,0 TP

Docente(s)
- Manuel Fernando Martins de Barros

Pré-requisitos
Não aplicável.

Objetivos
Após a aprovação à unidade curricular, o aluno deverá ser capaz de
- converter entre os sistemas numéricos decimal, binário, octal e hexadecimal
- calcular a adição, subtração, multiplicação e divisão binária
- usar a álgebra booleana para descrever e otimizar funções lógicas
- desenhar e interpretar diagramas lógicos com os respetivos símbolos de portas lógicas e componentes standard digitais
- conhecer as tecnologias de fabricação e as limitações das famílias lógicas digitais
- fazer a analise de circuitos lógicos combinatórios e sequênciais LSI, MSI e LSI
- projetar circuitos lógicos combinatórios e sequenciais simples que implementam uma determinada função
- implementar e solucionar problemas de circuitos lógicos combinatórios e sequenciais com circuitos padrão
- usar ferramentas de simulação para simular circuitos lógicos combinatórios e sequenciais
- Explorar as técnicas de projeto de dispositivos lógico-programáveis.

Programa
1) Introdução.
- Organização da disciplina;
- Conceitos introdutórios;
- Quantidades digitais e analógicas: bits, níveis lógicos e sinais digitais;
- Operações e funções lógicas básicas;
- Circuitos digitais integrados.

2) Funções Lógicas
- Funções e expressões algébricas Booleanas;
- Leis, teoremas e postulados da Álgebra de Boole;
- Formas normalizadas das expressões booleanas e tabelas de verdade;
- Representação e minimização de funções booleanas;
- Mapas de Karnaugh, adjacência lógica e agrupamentos.

3) Simplificações de expressões lógicas
- Simplificação de expressões lógicas utilizando os Postulados da Álgebra de Boole;
- Simplificação de expressões lógicas utilizando os Mapas de Karnaugh.

4) Representação digital de informação
- Bases de numeração e conversão entre bases;
- Sistemas de numeração;
- Operações aritméticas nas diferentes bases;
- Códigos para representação de números com sinal (complemento para 1 e para 2);
- Códigos binários para representação de números decimais;
- BCD, Excesso-3, Código Grey e Código ASCII.
- Representação binária de números reais – vírgula fixa e flutuante

5) Tecnologias dos circuitos digitais e estudo das famílias lógicas
- Famílias lógicas TTL; Família CMOS;
- Atraso de propagação das portas lógicas e factor de mérito;
- Detecção de falhas na realização de circuitos digitais
- Saídas em "Totem-Pole" e saídas em três estados.

6) Circuitos Combinacionais de média complexidade
- Concretização de lógica combinatória em circuitos lógicos;
- Multiplexers e demultiplexers;
- Comparadores lógicos;
- Circuitos aritméticos (somadores, subtractores e multiplicadores);
- Codificadores e descodificadores;

7) Circuitos sequenciais básicos
- Comportamento sequencial de circuitos;
- Circuitos sequenciais Síncronos e Assíncronos;
- Elementos básicos: Latch NOR, NAND e Latch D;
- Flip-flops: JK, D e T;
- Máquinas de Moore e de Mealey;

8) Análise e projeto de circuitos sequenciais
- Análise e síntese de circuitos sequenciais;
- Circuitos auto-correctores;
- Projeto de circuitos sequenciais de baixa complexidade;
- Realização de circuitos sequenciais;

9) Contadores, Registos e Memórias
- Características e utilização dos registos de deslocamento;
- Contadores síncronos/assíncronos Incrementador e Decrementador;
- Contadores por pulsação ("Ripple Counters");
- Circuitos integrados contadores;
- Estrutura das memórias de semicondutores;
- Memórias só de leitura, ROMs; Memórias de acesso aleatório RAMs;
- Implementação com ROMs.

10) Dispositivos de Lógica Programável
- Introdução ao estudo de lógica programável;
- Dispositivos programáveis EPROM, PLAs, PALs;
- Implementação de circuitos combinatórios/sequenciais programáveis; Programação de PALs.
- Introdução às CPLD e FPGAS

PARTE PRÁTICA LABORATORIAL:
Pretende-se que os alunos apliquem os conhecimentos adquiridos nas aulas teóricas na realização dos seguintes trabalhos de laboratório:

P1) Implementação de uma função lógica em laboratório.
P2) Implementação de uma montagem com um conversor BCD de sete segmentos e um contador de 4 bits.
P3) Implementação de um conversor BCD de sete segmentos com multiplexers.
P4) Implementação de um conversor analógico digital (ADC).
P5) Implementação de um contador com flip-flops J-K e do tipo D.
P6) Implementação de um controlador lógico para um motor de passo utilizando flip-flops JK.
P7) Programação de dispositivos lógico-programáveis.

Metodologia de avaliação
Componentes de Avaliação
Nota final é a média das seguintes componentes:
a) Exame escrito (60%)
b) Trabalhos de casa e laboratórios (40%)

Nota mínima:
Mínimo de 8,5 valores na componente a)
Mínimo de 10 valores para a componente b)

Bibliografia
- Dias, M. (2013). Sistemas Digitais - Princípio e prática. (Vol. 1). Portugal: https://www.fca.pt/cgi-bin/fca_main.cgi/?op=2&isbn=978-972-722-700-6: FCA Editora de Informática, Lda
- Tocci, R. (2009). Digital Systems - Priciples and Applications. http://www.pearsonhighered.com/educator/product/Digital-Systems-Principles-and-Applications-11E/9780135103821.page: Perason - Prentice Hall
- Harris, D. e Harris, S. e , . (2013). Digital Design and Computer Architecture, 2nd Edition. https://www.elsevier.com/books/digital-design-and-computer-architecture/harris/978-0-12-394424-5: Elsevier

Método de Ensino
Aulas teóricas expositivas, Aulas de resolução de problemas; Aulas práticas laboratoriais.

Software utilizado nas aulas
Ferramentas gratuitas:
Logisim (http://www.cburch.com/logisim)
Eagle (http://www.cadsoftusa.com)
LTSpice (http://www.linear.com/designtools/software/)

Ferramentas comerciais:
MultiSim (http://www.ni.com/multisim/pt/)
Proteus (http://www.labcenter.com/)

 

Aprovado em Conselho Técnico Cientifico: 18 de outubro de 2022

Download da Ficha da Unidade Curricular (FUC)

 

 


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