laboratrio de eletrnica digital ii

ELE 318 – LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DIGITAL II
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DEE – CT – UFRN
4a EXPERIÊNCIA: Síntese de MdE Síncrona – Marca-passo
O Marca-passo é um dispositivo eletrônico que provoca estimulações elétricas em um coração para ajudar regular
o seu batimento cardíaco. Marca-passos implantáveis são cirurgicamente colocados sob a pele do peito dos indivíduos.
Cada um deles é alimentado por uma bateria que tem durabilidade de dez anos ou mais. Marca-passos têm assegurado a
qualidade de vida bem como prolongado as vidas de milhões de pessoas no mundo.
Um coração possui dois átrios (esquerdo e direito) e dois ventrículos (esquerdo e direito). Os átrios puxam o
sangue das veias, enquanto que os ventrículos empurram o sangue para sair pelas artérias. Um marca-passo bastante
simples tem apenas um sensor para detectar uma contração natural no ventrículo direito do coração e, um único sinal de
saída, para provocar estímulo elétrico no ventrículo direito, caso a contração natural não ocorra após ter decorrido um
período de tempo determinado, tipicamente um pouco abaixo de um (1) segundo (aproximadamente 0,8 segundo, o
equivalente a 75 batimentos por minuto). Cada estímulo elétrico provoca uma contração, não somente no ventrículo direito,
mas também no ventrículo esquerdo. Assim, desde que o coração contraia naturalmente, o marca-passo não aplica
estimulação alguma no coração. Entretanto, se o coração não se contrair naturalmente em aproximadamente 0,8 segundo
da última contração (natural ou forçada), o marca-passo força uma contração.
Sabe-se que os átrios recebem sangue das veias e contraem para empurrar o sangue nos ventrículos. As
contrações dos átrios ocorrem um pouco antes das contrações dos ventrículos. Em assim sendo, um certo marca-passo,
conhecido como marca-passo atrioventricular, sente e provoca não somente as contrações dos ventrículos, mas também
as contrações dos átrios. O marca-passo consiste então de um Controlador e de um Temporizador (contador de tempo),
ambos comandados por um Oscilador. Desse modo, este marca-passo possui dois sensores de supervisão e dois sinais de
saída para estímulos elétricos, usados para corrigir os batimentos cardíacos do coração. O Temporizador é um circuito
auxiliar deste marca-passo que sinalizará ao Controlador, quando o tempo de espera do átrio (TempoA), ou o tempo de
espera do ventrículo (TempoV), ou ainda o tempo da largura do pulso (TempoP) se esgotarão.
No lado esquerdo da figura dada abaixo é visto o esquema do “marca-passo atrioventricular”. Para descrever o
comportamento do Controlador deste marca-passo, utilizando-se da Máquina de Estado (MdE), cujo Diagrama de Estado é
visto à direita desta mesma figura.
MARCA-PASSO
(Atrioventricular)
ap/
Ra/ta
Átrio
direito
Oscilador
Átrio
esquerdo
sv
−/
sv⋅sã/
Ea/
pa
Ck
Ck
at
tv tp
Temporizador
As/
Ventrículo
direito
Ev/
sa~sv/
sa⋅ sṽ/
sã⋅at/
ap
sṽ⋅at/
sv/
sa/
pv
ta
ãt⋅ãp/
at/tp
sã⋅ãt/
sa
Controlador
(MdE)
Pv/pv
Ventrículo
direito
ãt⋅ãp/
−/
sṽ⋅ãt/
at/tp
Pa/pa
Rv/tv
ap/
Esquema do Marca-passo e Diagrama de Estado do seu Controlador
Toda vez que o circuito do marca-passo for ligado a MdE se encontrará, obrigatoriamente, no estado inicial “As”
(Aguarda sinal). Neste estado “As”, espera-se pela chegada de um dos dois sinais naturais do coração, o “sa” ou o “sv”,
para só então o controlador assumir de fato a supervisão dos batimentos cardíacos do coração de forma efetiva e coerente.
Dispondo-se de um oscilador, que gera um trem de pulso com freqüência de 1kHz, realiza-se o marca-passo. Este
projeto deve seguir duas etapas. Na primeira se constrói o ‘Temporizador’ com três linhas de comando: ‘tp’ (Mealy), ‘ta’ e ‘tv’
(Moore) e com duas saídas: uma ‘at’ para 0,2 ou 0,6 segundo e a outra ‘ap’ para 0,02 segundo, utilizando-se apenas de 3
contadores década (SN74160/162) e de portas lógicas. Na segunda se implementa o controlador, com comportamento
descrito pelo diagrama de estado dado acima, utilizando-se de FF_JK e de portas lógicas e ou de circuitos lógicos MSI.
Uma vez concluído o circuito completo do marca-passo, a etapa seguinte é a de conectá-lo a um coração (artificial)
e verificar se o seu comportamento condiz com o esperado.
Recomendações:
1. Apresentar o Pré-relatório completo do marca-passo até o dia 02 de outubro.
2. O circuito dos dois temporizadores deverão estar funcionando até o dia 09 de outubro.
3. O circuito completo do marca-passo deverá estar funcionando até o dia 16 de outubro.
4. O relatório final completo deverá ser entregue, no mais tardar, até o dia 16 de outubro.
Professores: David Simonetti Barbalho –