Semana 01_2 - SDII

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SISTEMAS
DIGITAIS 
II
S
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1 - R
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visão
 d
e
 S
D
I
Leticia Araújo Si lva
Engenhe ira B iomédica , UCL
Mestre em Engenhar ia E létr ica , UFES
Doutoranda em Engenhar ia E létr ica , UFES
CONTEÚDO
DA AULA
Conceitos
Introdutórios
Eletrônica digital
Sistemas Digitais
C
o
n
te
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o
 d
a 
A
u
la
 -
 S
e
m
an
a 
0
1
ANALÓGICO X DIGITAL
Sinal Analógico
Quando o sinal (sua amplitude)
varia continuamente ao longo
do tempo, ou seja, possui um
valor diferente a cada instante
de tempo
Contínuo
Ex.: LDR
ANALÓGICO X DIGITAL
Sinal Digital
Quando o sinal (sua amplitude)
sempre se mantém constante
durante um intervalo de tempo
Discreto
Ex.: sensor de presença
SISTEMA ANALÓGICO
Conversor Analógico/Digital (ADC)
Conversor Digital/Analógico (DAC)
SISTEMA DIGITAL
Conversor Analógico/Digital (ADC)
Conversor Digital/Analógico (DAC)
Codif icar
(d ig i ta l izar)
Processa
SISTEMA DIGITAL
VANTAGENS DOS SISTEMAS DIGITAIS
Facilidade de serem projetados
Armazenamento de informação
Maior precisão e exatidão
As operações podem ser programadas
Menor susceptibilidade a ruídos
Maior capacidade de integração
LIMITAÇÕES DOS SISTEMAS DIGITAIS
O mundo real é quase totalmente analógico...
... Processar sinais digitalizados leva tempo
Converter as entradas analógicas para a forma digital;
Processar a informação digital;
Converter as saídas digitais de volta à forma analógica
Para se tirar proveito das técnicas digitais, quando estivermos lidando com
entradas e saídas analógicas, três passos devem ser seguidos:
1.
2.
3.
LIMITAÇÕES DOS SISTEMAS DIGITAIS
Exemplo: sistema de controle de temperatura
TRANSMISSÃO PARALELA DE DADOS
MSB
LSB
"O"
 
0
1
0
0
1
1
1
1
"i"
 
0
1
1
0
1
0
0
1
d₇
d₆
d₅
d₄
d₃
d₂
d₁
d₀
T 2T0
TRANSMISSÃO SERIAL DE DADOS
"O"
11110010
"i"
10010110
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T0
Em sistemas digitais, todas as formas de onda tendem a ser sincronizadas
com uma forma de onda de temporização de referência denominada clock
O clock é uma forma de onda periódica na qual cada intervalo entre os pulsos
(período) é igual (constante)
Os circuitos utilizam a transição negativa e/ou a transição positiva do clock
O período do clock é o tempo entre a borda duas bordas de subida
CLOCK
SÍNCRONO X ASSÍNCRONO
Síncrono
Há um sinal de referência (clock) que coordena o funcionamento dos
circuitos do sistema digital
Assíncrono
O circuitos funcionam a partir de eventos (alteração do valor digital de um
sinal) ou de estimativas do instante de ação
Unidade Lóg ica e
Ar i tmét ica
Unidade de
Contro le
Unidade de
Memór ia
Unidade de
Entrada
Unidade de
Sa ída
COMPUTADOR DIGITAL
Unidade Central de
Processamento (CPU)
Dados,
informações
Dados,
informações
Sinais de controle
Dados ou informações
Unidade Lóg ica e
Ar i tmét ica
Unidade de
Contro le
Unidade de
Memór ia
Unidade de
Entrada
Unidade de
Sa ída
COMPUTADOR DIGITAL
Unidade Central de
Processamento (CPU)
Dados,
informações
Dados,
informações
Sinais de controle
Dados ou informações
Clock
A
0
0
0
0
1
1
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
X
0
0
0
0
0
0
0
1
Tabela-Verdade Esquemático
Equação-Booleana
REPRESENTAÇÕES
PORTAS/FUNÇÕES LÓGICAS
NOT, AND, OR
NAND, NOR
XOR, XNOR
Utilizam bits de entrada para gerar um bit de saída, que depende da
operação lógica em questão
Porta NOT
"inversora"
Porta AND Porta OR
A
0
1
Y
1
0
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
0
0
1
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
1
1
1
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
1
1
0
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
0
0
0
Porta NAND
"não-e"
Porta NOR
"não-ou"
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
1
1
0
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
0
0
1
Porta XOR
"ou-exclusivo"
Porta XNOR
"coincidência"
PORTAS LÓGICAS - CIRCUITOS CMOS
Circuitos lógicos são construídos com transistores
Tecnologia CMOS é composta por dois tipos de transistores, um
do tipo NMOS e outro do tipo PMOS
CMOS é mais rápido e consome menos potência que outros
elementos da família MOS
vᵢₙ
Q₁
Q₂
vₒᵤₜ
+Vdd
G
G
S
S
D
D
INVERSOR
PORTAS LÓGICAS - CIRCUITOS CMOS
Site para simular
https://www.falstad.com/circuit/e-cmosinverter.html
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
1
1
0
NAND
PORTAS LÓGICAS - CIRCUITOS CMOS
Site para simular
https://www.falstad.com/circuit/e-cmosnand.html
PORTAS LÓGICAS - CIRCUITOS CMOS
NOR
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
0
0
0
Site para simular
https://www.falstad.com/circuit/e-cmosnor.html
AND
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
0
0
1
PORTAS LÓGICAS - CIRCUITOS CMOS
OR
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
1
1
1
PORTAS LÓGICAS - CIRCUITOS CMOS
REPRESENTAÇÃO EM LINGUAGENS DE
PROGRAMAÇÃO
y = !A
y = A | B
y = A & B
y = !(A | B)
y = !(A & B)
y = A ^ B
y = !(A ^ B)
y = not(A)
y = A or B
y = A and B
y = A nor B
y = A nand B
y = A xor B
y = A xnor B
CHIPS PADRÃO
Existem muitos tipos de chips circuito integrado para implementar
circuitos lógicos
Ex.: 74AC04 - 6 inversores
A função de cada uma das partes do 74AC04 é fixa (cada
chip é limitado algumas portas lógicas)
 O uso desses chips torna-se ineficiente para a construção de
grandes circuitos lógicos
É possível construir chips com um grande número de portas
lógicas e com estrutura não fixada
DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
(DLP)
...
...
Entradas
(variáveis lógicas)
Saídas
(funções lógicas)
É um circuito integrado que pode
conter grande quantidade de
circuitos lógicos, com uma estrutura
que não é fixa
Contém circuitos lógicos e chaves
programáveis cujas funções são
definidas pelo usuário
A lógica interna do dispositivo pode
ser configurada/modificada por um
processo de programação
DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
(DLP)
CIRCUITOS COMBINACIONAIS
Circuitos Combinacionais são aqueles onde o sinal de saída depende
única e exclusivamente das combinações dos sinais de entrada
Os circuitos deste tipo não possuem nenhum tipo de memória, ou seja,
as saídas não dependem de nenhum estado anterior do circuito
São compostos somente por portas lógicas
Multiplexador
Demultiplexador
Codificador
Decodificador
Comparador
Somador
Unidade lógica e aritmética
Memória
É um componente lógico que direciona uma das diversas entradas para a
saída, em função dos sinais de seleção
Atua como uma chave de múltiplas posições controlada digitalmente, em
que o código digital aplicado nas entrada de seleção controla a entrada
de dados que será comutada para a saída
MULTIPLEXADOR
4 entradas
1 saída
2 bits de seleção
Ex.: MUX 4:1
MUX 74ALS151
MULTIPLEXADOR
Aplicações do MUX
Conversor paralelo-série
DEMULTIPLEXADOR
É um componente lógico que direciona a entrada para uma das
diversas saídas, em função dos sinais de seleção
1 entrada
4 saídas
2 bits de seleção
Ex.: DEMUX 1:4
DEMULTIPLEXADOR
DEMULTIPLEXADOR
Aplicações do DEMUX
Sistema de monitoração de
segurança
CODIFICADOR
Converte de um código 1-entre-2ⁿ para um código binário
Usado quando a ocorrência de um dos diversos eventos distintos precisar
ser representada por um número inteiro que identifique o evento
Codificador octal
para binário (8 linhas
para 3 linhas)
Um decodificador é o circuito lógico que converte um código binário de N bits
que lhe é apresentado como entrada, em M linhas de saída, sendo que cada linha
de saída será ativada por uma, e, somente uma, das possíveis combinações dos
bits de entrada
DECODIFICADOR
Os decodificadores são ferramentas importantes nos
projetos digitais, pois são amplamente utilizados para
selecionar memórias e realizar conversões de códigos
(por exemplo, binário para decimal) e roteamento de
dados
DECODIFICADOR
Codificador 3 linhas para
8 linhas (ou 1 de 8)
Conversor 
binário em octal
DECODIFICADOR
Conversor 
binário em decimal
Decodificador 1 para 10
DECODIFICADOR
Decodificador BCD de 7 segmentos
 BCD igual a “0000”, equivalente
ao algarismo decimal zero,
somente o segmento “g” do display
deve permanecer apagado
 BCD em “0101”, equivalente em
decimal ao algarismo 5, na qual os
segmentos “b”e “e” estão
apagados
A MEMÓRIA PRINCIPAL (RAM)
Principal: acesso mais rápido, mas de capacidade restrita
Secundária: de acesso mais lento, mas de capacidade bem maior
Memória é um termo genérico usado para designar as partes do
computador ou dos dispositivos periféricos onde os dados e programas são
armazenados
Ela pode ser dividida em duas categorias:
A MEMÓRIA PRINCIPAL (RAM)
Ciclo de Leitura
REM ← endereço
RDM ← endereço
CPU ← RDM
1.
2.
3.
REM: Registrador de Endereçamento de Memória
RDM: Registrador de Dados da Memória
SOMADOR BINÁRIO: 1 BIT
Meio Somador
1
1
10
+
A
B
Cₒᵤₜ S
1
1
10
+
A
B
SOMADOR BINÁRIO: 1 BIT
Somador Completo
Cₒᵤₜ S
SOMADOR BINÁRIO: > 1 BIT
A₂A₁A₀
B₂B₁B₀
CₒᵤₜS₂S₁S₀
+ 101
+ 111
1 100
¹¹¹
001
1
0
0 11111
11
Somador Paralelo
UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA
Existem vários CIs disponíveis denominados unidade lógicas e
aritméticas (ULA), ainda que não tenham toda a capacidade de uma
ULA de um computador
Esses chips conseguem realizar diversas operações lógicas e
aritméticas sobre dados binários de entrada
UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA
74LS382/74HC382
A = número de entrada de 4 bits
B = número de entrada de 4 bits
Cₙ = carry na posição LSB
S = entradas de seleção de 3 bits
F = número de saída de 4 bits
Cₙ₊₄ = carry na posição MSB
OVR = indicador de overflow
Dispositivo capaz de armazenar informação
Capacitor (transistor+capacitor), flip-flop, registradores 
Registradores: memória em pequena escala 
Em geral, para computação:
Mémória: RAM e ROM
Armazenamento: disco rígido, CD, DVD, ...
MEMÓRIA
MEMÓRIA
Príncipio de Operação
Selecionar o endereço a ser acessado (leitura ou escrita)
Selecionar o tipo de operação: leitura ou escrita
Se a operação for escrita, fornecer os dados de entrada
Se a operação for leitura, os dados estarão disponíveis na saída
Habilitar a memória para que a operação seja concluída e desabilitar a
memória para que ela não responda às entradas de endereço e ao
comando de leitura/escrita.
MEMÓRIA
Príncipio de Operação
CÉLULA DE
MEMÓRIA
Entrada Saída
EnableR/W
Controles
Escrita (Enable = 1 / R/W = 0)
Leitura (Enable = 1 / R/W = 1)
Armazenamento (Enable = 0 / R/W = X)
REFERÊNCIAS
H T T P S : / / M A T E R I A L P U B L I C . I M D . U F R N . B R / C U R S O / D I S C I P L I N A / 4 / 1 9
/ 4 / 2
H T T P S : / / W W W . V L S I F A C T S . C O M / N A N D - G A T E - U S I N G - C M O S -
T E C H N O L O G Y /
H T T P S : / / W W W . A L L A B O U T C I R C U I T S . C O M / T E X T B O O K / D I G I T A L / C H P
T - 3 / C M O S - G A T E - C I R C U I T R Y /
H T T P S : / / W W W . V L S I F A C T S . C O M / A N D - A N D - O R - G A T E - U S I N G - C M O S -
T E C H N O L O G Y /
H T T P S : / / M A T E R I A L P U B L I C . I M D . U F R N . B R / C U R S O / D I S C I P L I N A / 1 / 1 7 /
7 / 1 8
H T T P S : / / W W W . I M E . U S P . B R / ~ W E S L L E Y / M E M O R I A . H T M # B I B L I
R O N A L D J . T O C C I , N E A L S . W I D M E R E G R E G O R Y L . M O S S .
“ S I S T E M A S D I G I T A I S – P R I N C Í P I O S E A P L I C A Ç Õ E S ” , 1 0 ª E D I Ç Ã O .
P R E N T I C E H A L L .
N O T A S D E A U L A D O P R O F . V I N I C I U S R U I Z
OBRIGADA!Dúv
id
as
?