FUC - IPCA

SISTEMAS DIGITAIS II [10015]
GERAL
Ano Letivo: 201617
Grupo Disciplinar: Eletrónica e Instrumentação
ECTS: 6,0
Regime: D
Semestre: S2
OBJETIVOS
O principal objectivo compreende a consolidação dos conceitos teóricos adquiridos na unidade curricular
deSistemas Digitais 1 através da implementação prática de sistemas digitais. Este objectivo principal
écomplementado pela introdução à arquitectura de computadores do ponto de vista da implementação de
módulosde hardware digital recorrendo a linguagens de especificação ao nível do hardware, nomeadamente
VHDL.
RESULTADOS DA APRENDIZAGEM
Os estudantes devem ser capazes de:
- Projectar circuitos digitais de baixa complexidade utilizandocircuitos integrados SSI e MSI.
- Analisar folhas de especificação de dados de CIsTTL e CMOS tendo em consideração as suas
características eléctricas.
- DesenharPCIs especialmente orientadas ao hardware digital.
- desenvolverhardware de complexidade média recorrendo à linguagem VHDL e respectiva síntese orientada
aos dispositivoslógicos programáveis, nomeadamente FPGAs.
CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS
Circuitos Integrados SSI e MSIDesenvolvimento e implementação de circuitos digitais combinatórios e
sequenciais recorrendo acircuitos integrados SSI e MSI.Análise das principais características eléctricas dos
circuitos integrados dasfamílias lógicas TTL e CMOS.níveis lógicos de tensão,margens de ruído
DCfanoutvelocidade de comutaçãotempo de propagaçãoconsumosaídasthree-stateruído causado pelos picos
de corrente resultantes das comutações digitais.PCIsFundamentos teóricos associados ao
desenvolvimento/desenho de PCIs, nomeadamente característicaseléctricas.Análise dos processos de
soldadura e de montagem, assim como do fluxo de desenvolvimento deprodutos electrónicos.
Dispositivos de lógica programávelEstrutura interna dos principais dispositivos de lógica
programávelPLDsCPLDsFPGAs.Blocos digitais fundamentais e microarquitectura recorrendo a linguagens de
especificação ao nível dohardware, nomeadamente VHDL.
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
John F. Wakerly (1999). Digital Design: Principles and Practices. 3rd EditionM. Morris Mano, Charles R. Kime
(2008) Logic and Computer Design FundamentalsM. Morris Mano, Michael D. Ciletti. (2012). Digital Design. 5th
EditionDavid Money Harris, Sarah L. Harris (2007), Digital Design and Computer Architecture, ElsevierVolnei A.
Pedroni (2004). Circuit Design with VHDL. MIT Press Cambridge, MassachusettsR. S. Khandpur (2006).
Printed Circuit Boards. Design, Fabrication and Assembly. McGraw-Hill
DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DOS CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS COM OS OBJETIVOS DA UC
Os alunos têm a oportunidade de efectuar a montagem de circuitos digitais simples com circuitos integrados
SSI.O objectivo destas montagens consiste na análise de folhas de especificação de dados e na medição
devárias características eléctricas das famílias TTL e CMOS.
O projecto de um circuito digital sequencial permite abordar todo o processo de desenvolvimento manual.Este
compreende a análise do problema, a construção do diagrama de estados, a extracção das equaçõeslógicas, o
desenho, a montagem e teste do circuito digital recorrendo a circuitos integrados SSI e MSI. É
depoisdesenhada uma PCI para o circuito desenvolvido tendo em conta os aspectos teóricos associados ao
desenho dePCIs.
Relativamente às linguagens de especificação ao nível do hardware, os alunos são estimulados no sentidode
sintetizar e simular módulos digitais fundamentais com algumas alterações. Os alunos têm ainda
aoportunidade de testar o hardware criado em dispositivos lógicos programáveis, nomeadamente FPGAs.
METODOLOGIAS DE APRENDIZAGEM
Os alunos têm a oportunidade de efectuar a montagem de circuitos digitais simples com circuitos integrados
SSI.O objectivo destas montagens consiste na análise de folhas de especificação de dados e na medição
devárias características eléctricas das famílias TTL e CMOS.
O projecto de um circuito digital sequencial permite abordar todo o processo de desenvolvimento manual.Este
compreende a análise do problema, a construção do diagrama de estados, a extracção das equaçõeslógicas, o
desenho, a montagem e teste do circuito digital recorrendo a circuitos integrados SSI e MSI. É
depoisdesenhada uma PCI para o circuito desenvolvido tendo em conta os aspectos teóricos associados ao
desenho dePCIs.
Relativamente às linguagens de especificação ao nível do hardware, os alunos são estimulados no sentidode
sintetizar e simular módulos digitais fundamentais com algumas alterações. Os alunos têm ainda
aoportunidade de testar o hardware criado em dispositivos lógicos programáveis, nomeadamente FPGAs.
DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DAS METODOLOGIAS DE APRENDIZAGEM COM OS OBJETIVOS DE
ENSINO/APRENDIZAGEM DA UC
Por se tratar de uma unidade curricular predominantemente prática, os estudantes são estimulados no
sentidode implementar sistemas digitais. Para que possam efetuar a correspondência entre os aspectos
teóricos datécnica e a componente prática-laboratorial é necessário que possuam um guia que lhes permita
efectuar umconjunto de observações e explicar as mesmas à luz dos conhecimentos teóricos previamente
adquiridos. Destaforma existe efectivamente, não só uma consolidação dos conceitos teóricos previamente
aprendidos, mastambém uma expansão dos mesmos.
Assim, no primeiro grupo de trabalhos, os estudantes são estimulados a montar pequenos circuitos digitaiscom
circuitos integrados SSI e MSI de modo a sentirem necessidade de analisar as folhas de especificação
dedados. Esta montagem é acompanhada por um guia com instruções e questões críticas, que permite aos
alunos aligação aos conhecimentos teóricos.
Na segunda fase é proposto um problema e pedida a solução. Neste contexto, osalunos têm que projectar um
circuito digital de complexidade baixa sem qualquer guia, tendo a oportunidade decombinar todo o
conhecimento adquirido na síntese manual de circuitos digitais. Além disso têm a oportunidade decriar a PCI
para o circuito desenvolvido, sendo incentivados à utilização dos conhecimentos teóricos adquiridos
nocontexto do desenho de PCIs associado a um caso real.
No terceiro trabalho é pedido aos estudantes para alterar vários módulos fundamentais dehardware digital
desenvolvidos em linguagem VHDL. Os estudantes têm a oportunidade de entender com maiorfacilidade esses
módulos e simultaneamente ganham experiência na codificação em linguagem VHDL. Nestaprimeira fase o
trabalho é também baseado num guia. O guia permite conduzir os estudantes de forma sustentadano que
respeita à tomada de decisões e ao entendimento de várias estruturas de código VHDL.Numa segunda fase, é
apresentado novamente um problema cuja solução aponta para um sistema digital decomplexidade média,
onde a síntese manual é impraticável, obrigando os estudantes a enveredar pelanecessidade de um sistema
de CAD. Essa assistência baseia-se, toda ela, na utilização de uma linguagem deespecificação ao nível do
hardware.
A redacção de um relatório por cada trabalho prático-laboratorial de projecto é fundamental no que respeitaà
apresentação de todas as decisões tomadas ao longo do desenvolvimento do mesmo. O relatóriopermite
fomentar a capacidade dos estudantes exporem um problema e respectiva solução, do ponto de vistatécnico e
científico, com base num texto onde o fluxo de ideias, a organização e a estrutura são fundamentais.
No fim de cada grupo de trabalhos é efectuada uma prova escrita para verificar os conhecimentos
adquiridos.Os estudantes são questionados de uma forma semelhante àquela a que são expostos durante os
trabalhospráticos laboratoriais para que o conhecimento exibido no trabalho prático-laboratorial possa ser
validado.