Pós Graduação
Automação e Controle de Processos
Sistemas Digitais
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Sistemas Digitais
•
Objetivo Geral:
•
Conceituar Sinais Analógicos e Digitais.
•
Revisar os Conceitos de Sistema de Numeração Binário.
•
Revisar
Circuitos
Combinacionais
e
Circuitos
Sequenciais.
•
Identificar as características de Projetos Digitais.
•
Conceituar Dispositivos Programáveis.
Sistemas Digitais
•
Parte 1:
Portas Lógicas e Álgebra Booleana
•
Sinais Analógicos e Digitais
•
Sistema de Numeração
•
Portas Lógicas
•
Expressões Lógicas
•
Circuitos Combinacionais
•
Codificadores/Decodificadores
•
Multiplexadores/Demultiplexadores
•
Somadores
3Sistemas Digitais
•
Parte 2:
Soluções com CIs específicos
•
Flip-Flops
•
Circuitos seqüenciais:
•
Registradores
•
Contadores
•
Temporizadores
Sistemas Digitais
•
Parte
3:
Introdução
aos
Dispositivos
Lógicos
Programáveis
•
Fundamentos dos circuitos PLDs.
•
Arquitetura de PLDs.
•
Estudo de caso.
Sinal Analógico x Sinal Digital
•
Sinal analógico:
Principais características:•
Amplitude•
Intensidade•
Frequência:•
Repetição da oscilação•
FaseSinal Analógico x Sinal Digital
•
Sinais digitais:
Assumem níveis conhecidos.
•
Nível ALTO•
Nível BAIXO7
Sistemas Digitais
•
Sistema Digital é uma combinação de dispositivos projetados para manipular informação lógica ou quantidades físicas que são representadas no formato digital.•
Embora na maioria das vezes seja eletrônico, mas podem também ser mecânicos, magnéticas ou pneumáticos.•
Mais conhecidos:•
Computadores digitais.•
Calculadoras.Vantagens dos Sistemas Digitais
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•
Geralmente mais fáceis de projetar.• Não importa os valores exatos, apenas os níveis ALTO e BAIXO do Sinal.
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Melhor forma de armazenamento de informação.• Dispositivos de memória Flip-Flop
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Melhor precisão e exatidão• O sinal digital processado não é deteriorado.
•
Menor interferência de ruído• Flutuações na tensão não são críticas, desde que se consiga distinguir o nível ALTO do nível BAIXO.
•
Dispositivos programáveisLimitação dos Sistemas Digitais
•
O mundo real é quase que totalmente analógico.•
Grandezas físicas: temperatura, pressão, vazão, etc•
Processar Sinais digitalizados leva tempo.Sistema Digital para Sinais Analógicos
Fundamentação Matemática
•
Sistema de Numeração:• Sistema Decimal 10 símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9
• Sistema Binário 2 símbolos: 0 e 1
• Sistema Hexadecimal 16 símbolos: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D e F
•
Sistema Binário (BASE 2)• Cada dígito binário é chamado de bit (BInary digiT)
• Utilizado para modelar sistemas digitais: 0 = Nível Baixo, 1 = Nível Alto
•
Sistema Hexadecimal (BASE 16)Fundamentação Matemática
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•
Variáveis Lógicas (Booleanas): • Assume valores 0 ou 1.• Normalmente representa o estado do nível (presença ou não) de tensão em um sistema qualquer.
Fundamentação Matemática
•
Tabela Verdade• Descreve como a saída de um circuito lógico depende dos níveis lógicos presentes nas entradas.
Fundamentação Matemática
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• Relaciona todas as combinações possíveis para os níveis lógicos presentes nas entradas.
Fundamentação Matemática
•
Funções Lógicas: operação da álgebra booleana aplicada auma ou mais variáveis lógicas.
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Básicas: AND, OR, NOT.•
Derivadas: NAND, NOR, XOR, XNOR.•
As Funções Lógicas são implementadas fisicamente pelas Portas Lógicas.•
Portas lógicas são os dispositivos básicos dos circuitos digitais.Portas Lógicas
Portas Lógicas - Especiais
Expressão Lógica
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Descreve uma função ou uma operação a ser concretizada por um sistema lógico (circuito eletrônico, programa de computador, etc) de forma a resolver determinado problema.Circuitos Combinacionais
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•
É aquele que executa uma expressão lógica (booleana) através da interligação de portas lógicas, sendo que as saídas dependemSimplificação de Circuitos
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•
Expressão Lógica Circuito Digital•
Reduzindo a expressão simplifica o circuito•
Simplificação é o processo de manipulação algébrica da expressão lógica com finalidade de reduzir o número de variáveis e operações necessárias para sua realização.•
Métodos:•
Álgebra Booleana postulados, propriedades, teoremas.Simplificação de Circuitos
•
Álgebra booleana.Simplificação de Circuitos
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Circuitos Combinacionais Dedicados
•
Codificador e Decodificador•
Multiplexador e DemultiplexadorCodificador
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•
Grande parte dos sistemas digitais trabalha com níveis lógicos representando informação, as quais devem ser codificadas.•
Calculadora informações numéricas•
Computador informações alfanuméricas•
Telefonia canais de voz•
Disco Laser sinais sonoros•
São circuitos lógicos que convertem um código para outro.Decodificador
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•
Principal aplicação: conversão de código para acionamento de displays.Multiplexador (MUX)
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•
Possui função de selecionar, através de variáveis de seleção, uma de suas entradas, conectando-a eletronicamente à sua única saída.Multiplexador (MUX)
•
MUX de 4 canais:Demultiplexador (DEMUX)
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•
Possui função de selecionar, através de variáveis de seleção, qual de suas saída deve receber a informação presente na entrada.Demultiplexador (DEMUX)
•
DEMUX de 4 canais:Somador
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•
Circuito combinacional dedicado que executa a operação deAdição no sistema binário.
•
Esse circuito faz parte de um subsistema denominado de ULA (Unidade Lógica e Aritmética) que é parte integrante dos microprocessadores.•
Possui três entradas:•
Dois números a serem somados (A e B)•
Carry de entrada(Ci)•
Possui duas saídas:•
Resultado da soma (S)Circuitos Digitais Sequenciais
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•
Circuito sequencial é aquele que possui uma realimentação da saída para a entrada, denominada de estado interno, fazendo com que as condições atuais da entrada e do estado interno determinem a condição futura da saída.Circuitos Digitais Sequenciais
•
A relação de tempo existente entre condição atual e condiçãofutura existe devido ao tempo de propagação (Δt) ou tempo de
Biestáveis – Flip Flops
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•
O principal elemento de memória dos circuitos sequencial é denominado de biestável ou flip-flop, que é o dispositivo básico para formação de registradores e contadores.•
O flip-flop (FF) tem como função armazenar níveis lógicos (0 ou 1) temporariamente.•
Os FFs podem ter vários tipos de configurações, mas todos eles apresentam duas saída complementares Q e Q .Flip-Flops com entrada de clock
Flip-Flop JK
Flip-Flop D
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Entradas Assíncronos do Flip-Flop
Registradores
•
Dispositivo que tem como função manipular e armazenar dados binários.•
Configurações•
Modo Serial: a informação é recebida ou transmitida bit a bit em uma única linha.•
Modo Paralelo: todos os bits da informação são recebidos ou transmitidos simultaneamente (número de linhas = números de bits)Registradores
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Registrador Série-Série:•
Registrador Série-Paralelo:•
Registrador Paralelo-Paralelo:•
Registrador Paralelo-SérieRegistradores de Deslocamento
Contadores
•
Circuito sequencial que fornece em suas saídas um conjunto de níveis lógicos em uma sequência predeterminada.•
Níveis lógicos do contadores estado interno•
Configurações básicas:•
Tipo de controle•
Assíncrono•
Síncrono•
Tipo de contagem•
Tipo de código•
Hexadecimal•
Decimal•
OutrosContador Assíncrono
Contador Síncrono de Módulo < 2
NConceito de Máquina de Estado
• Máquina de estado se refere a um circuito que sequencia um conjunto de estados predeterminados controladores por um clock e outros sinais de entrada.
• Utilizada na modelagem comportamental de sistemas sequenciais, sendo composta por estados, transições e ações
• Tipos:
• Mealy
• Os sinais de saída também são controlados por sinais de entrada adiconais.
Conceito de Máquina de Estado
Conceito de Máquina de Estado
• Um estado armazena informações sobre o passado.
• Uma transição indica uma mudança de estado e é descrita por uma condição que precisa ser realizada para que a transição ocorra.
• Uma ação é a descrição de uma atividade que deve ser realizada em determinado momento.
• Representação:
Conceito de Máquina de Estado
Atividade
• Implementar um contador decimal de módulo 10 com visualização em display de 7 segmentos.
