Enviando GUSTAVO

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Interfaces e Periféricos 
CCE0230 
 
 
Atividades Estruturadas 
 
PROFESSOR JUAN 
 
 
 
 
 
 
GUSTAVO RUBIN RA: 201308005491 
 
 
Atividades Estruturadas 
Interfaces e Periféricos CCE0230 
AE1: (Atividade Estruturada 1) 
Pesquise no livro texto ou em seu material de estudo a seguinte situação: 
Um microprocessador hipotético de 32 bits, cujas instruções de 32 bits são compostas de dois 
campos: o primeiro byte contém o código da operação e os demais contem um operando 
imediato ou um endereço de operando. 
a) Qual é a capacidade máxima de memória endereçável diretamente (em bytes)? 
 
Resp.: Sobram 24 bits para endereçar diretamente, pois temos apenas 8 bits para o 
código de operação (1º byte). Logo temos 224 endereços, que correspondem 224x22 (4 
bytes por posição) = 64 Mbytes. 
 
b) Discuta qual o impacto sobre a velocidade do sistema caso o barramento do 
Microprocessador tenha: 
b1)um barramento local de endereço de 32 bits e um local de dados de 16 bits. 
 
Resp.: Gastamos 3 ciclos para operações de leitura (um para a passagem do 
endereço e os outros dois para a recuperação do dado) e 2 ciclos para escrita (um 
para a passagem do endereço da primeira parte do dado, e o outro para a segunda 
parte do dado). Neste caso com um barramento de endereços de 32 bits e barramento 
de dados de 16 bits. Logo temos boa performance em operações de leitura. 
 
b2)um barramento local de endereços de 16 bits e um barramento local 
de dados de 16 bits. 
 
Resp.: Para um barramento de endereços de 16 bits e barramento de dados de 16 
bits, gastamos 4 ciclos para operações de leitura (dois para a passagem do endereço 
e dois para a recuperação do dado) e 2 ciclos para escrita (um para a primeira parte 
do endereço e da primeira parte do dado, e o outro para a segunda parte endereço e 
da segunda parte do dado). Logo sua performance para operações de leitura é inferior 
ao primeiro caso. 
 
AE2 
Pesquise no livro texto ou em seu material de estudo as seguintes 
situações: 
Numa fábrica temos um micro controlador que define as funções básicas 
de uma linha de encher de frascos de perfume. Imagine uma esteira que 
vai deslocando os frascos vazios até uma posição fixa onde serão 
completados automaticamente com o perfume. 
Nesta linha de produção, indicar quando podemos ter: 
a) Uma interrupção por software. 
 
Resp.: A lógica aritmética deste sistema entrará em conflito, causando uma 
interrupção. Podemos ter uma interrupção por software se, por exemplo, o sistema 
identificar que chegou uma garrafa no ponto fixo para enche-la e logo inicia esse 
processo. Porém o sensor que acusa a presença desta garrafa para de enviar este 
sinal no meio deste processo. 
 
b) Uma interrupção de relógio. 
Resp.: Podemos ter uma interrupção por relógio para o sistema fazer a leitura das 
I/O’s conforme o tempo especificado. 
c) Uma interrupção de entrada / saída. 
 
Resp.: Podemos ter uma interrupção de entrada/saída quando um dos sensores 
(entrada) mudar sua posição (de 0 para 1 ou de 1 para 0), exigindo que seja lido antes 
da interrupção por relógio agir (tempo pré-definido). 
 
d) Uma interrupção por falha de hardware. 
Dicas: Tem que imaginar como esta linha pode operar (sensores, 
acionamentos outros). 
 
Resp.: Podemos ter uma interrupção por falha de hardware se houver uma falta de 
energia ou alguma parte do hardware (módulos, fonte de alimentação, etc.) parar de 
funcionar corretamente. 
 
 
AE3 
Uma criança tem um carro a controle remoto que pode ir para frente e 
atrás, pode fazer curvas e mudar de velocidade. Como você pode 
imaginar, o sistema tem um transmissor (que é comandado pela criança) 
e um receptor que é composto de um microcontrolador (localizado no 
carro). Existem muitas opções para fazer os controles, você deverá 
imaginar alguma. 
a) Identifique as entradas, saídas, sensores e atuadores. (tem muitas de 
opções). 
ENTRADAS: Estas são acionadas no controle remoto e transmitidas ao 
Microcontrolador (no carrinho). 
- E1 = Acelerar para frente 
- E2 =Acelerar para trás 
- E3 = Virar à esquerda 
- E4 = Virar à direita 
SAÍDAS: Provindas do Microcontrolador, atuam no carrinho (motor e eixo). 
- S1 = Acelerar para frente 
- S2 = Acelerar para trás 
- S3 = Virar à esquerda 
- S4 = Virar à direita 
SENSORES: Os sensores de entrada são os push-button’s do controle remoto. 
ATUADORES: relés, motor e eixo do carrinho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Faça um diagrama de fluxo mostrando como as entradas alteram o 
fluxo do 
Programa. 
 
c) Mostre um diagrama de fluxo como o brinquedo pode operar sem 
interrupções e com interrupções. 
 
 
 
 
 
AE4 
a) Na Estácio, na sala de atendimento aos alunos existem muitos 
computadores conectados a um sistema central, que é o provedor de 
dados para todo o sistema. Imagine que as portas de entrada e saída 
de cada computador sejam de 16 bits. Faça um desenho mostrando a 
comunicação paralela de 6 computadores. 
 
COMUNICAÇÃO PARALELA 
Computador A Computador B 
Transmissor Receptor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) identifique e explique 5 exemplos do uso residencial da 
comunicação serial. 
Portas de 
Entrada e 
Saída de 16 
bits 
 
b0, b1, b2, b3, 
b4, b5, b6, b7, 
b8, b9, b10, 
b11, b12, b13, 
b14, b15 
Portas de 
Entrada e 
Saída de 16 
bits 
 
b0, b1, b2, b3, 
b4, b5, b6, b7, 
b8, b9, b10, 
b11, b12, b13, 
b14, b15 
ESTACIO 
SALA DE 
ATEDIMENTO 
AOS ALUNOS 
TOPOLOGIA EM 
BARRAMENTO 
Resp.: 1º Sistema clássico de TV, onde temos o transmissor e o receptor. É mandado 
o sinal de um para o outro e ainda de modo de operação Simplex, onde tem apenas 
um sentido sempre (do transmissor para o receptor). 
 
2º Rádio, que funciona de maneira similar ao primeiro exemplo, modo de operação 
Simplex de transmissor (antenas) para receptor (aparelho de rádio). 
3º Rádio Nextel, comunicação serial também, porém com modo de operação Half-
Duplex, do qual hora emite o sinal e hora recebe, porém nunca ao mesmo tempo. 
4º Aparelhos de FAX, funciona da mesma maneira que o exemplo 3, Half-Duplex. Pois 
hora enviamos o FAX e hora recebemos, mas cadafunção por vez. 
5º Telefone, que funciona em comunicação serial, porém em Full-Duplex onde é 
permitido a comunicação simultânea em ambos os sentidos. Como é fácil observar 
que neste caso podemos falar e ouvir ao mesmo tempo. 
 
c). Os carros dos últimos anos usam uma rede (normalmente CAN) 
para o fluxo de informações da operação do sistema (motor freios, 
luzes, som, combustível, cinto de segurança, portas, outros). Faça 
uma pesquisa referente ao uso da comunicação serial nos carros 
(mostre desenhos, sensores, atuadores, taxa de transmissão de 
dados, fluxo de dados, atrasos, conceitos de rede segura). 
 
Resp.: O CAN Bus (ou Barramento Controller Area Network) é um protocolo de 
comunicação serial síncrono, do qual foi desenvolvido pela empresa alemã Robert 
BOSCH e disponibilizado em meados dos anos 80. Sua aplicação inicial foi realizada 
em ônibus e caminhões. Atualmente, é utilizado na indústria, em veículos automotivos, 
navios e tratores, entre outros. O sincronismo entre os módulos conectados a rede é 
feito em relação ao início de cada mensagem lançada ao barramento (evento que 
ocorre em intervalos de tempo conhecidos e regulares). Trabalha baseado no conceito 
multi-mestre, onde todos os módulos podem se tornar mestre em determinado 
momento e escravo em outro, além de suas mensagens serem enviadasem regime 
multicast, caracterizado pelo envio de toda e qualquer mensagem para todos os 
módulos existentes na rede. 
Outro ponto forte deste protocolo é o fato de ser fundamentado no conceito CSMA/CD with NDA 
(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection with Non-Destructive Arbitration). Onde 
possibilita trabalhar muito bem o gerenciamento de sinais e respeitar suas prioridades. A 
velocidade de transmissão dos dados é inversamente proporcional ao comprimento do 
barramento. A maior taxa de transmissão especificada é de 1Mbps considerando-se um 
barramento de 40 metros. 
Algumas das maiores vantagens do CAN é a sua robustez e a capacidade de se adaptar às 
condições de falha, temporárias e/ou permanentes. Podemos classificar as falhas de uma rede 
CAN em três categorias ou níveis: Nível de Bit, Nível de Mensagem e Nível Físico. 
Nível de Bit – Possui dois tipos de erro possíveis: 
Bit Monitoring: Após a escrita de um bit dominante, o módulo transmissor verifica o estado do 
barramento. Se o bit lido for recessivo, significará que existe um erro no barramento. 
Bit Stuffing: Apenas cinco bits consecutivos podem ter o mesmo valor (dominante ou recessivo). 
Caso seja necessário transmitir seqüencialmente seis ou mais bits de mesmo valor, o módulo 
transmissor inserirá, imediatamente após cada grupo de cinco bits consecutivos iguais, um bit 
de valor contrário. O módulo receptor ficará encarregado de, durante a leitura, retirar este bit, 
chamado de Stuff Bit. Caso uma mensagem seja recebida com pelo menos seis bits consecutivos 
iguais, algo de errado terá ocorrido no barramento. 
Nível de Mensagem – São três os tipos de erro possíveis: 
CRC ou Cyclic Redundancy Check: Funciona como um checksum. O módulo transmissor calcula 
um valor em função dos bits da mensagem e o transmite juntamente com ela. Os módulos 
receptores recalculam este CRC e verificam se este é igual ao transmitido com a mensagem. 
Frame Check: Os módulos receptores analisam o conteúdo de alguns bits da mensagem 
recebida. Estes bits (seus valores) não mudam de mensagem para mensagem e são 
determinados pelo padrão CAN. 
Acknowledgment Error Check: Os módulos receptores respondem a cada mensagem íntegra 
recebida, escrevendo um bit dominante no campo ACK de uma mensagem resposta que é 
enviada ao módulo transmissor. Caso esta mensagem resposta não seja recebida (pelo 
transmissor original da mensagem), significará que, ou a mensagem de dados transmitida estava 
corrompida, ou nenhum módulo a recebeu. 
Toda e qualquer falha acima mencionada, quando detectada por um ou mais módulos 
receptores, fará com que estes coloquem uma mensagem de erro no barramento, avisando toda 
a rede de que aquela mensagem continha um erro e que o transmissor deverá reenviá-la. 
Além disso, a cada mensagem erroneamente transmitida ou recebida, um contador de erros é 
incrementado em uma unidade nos módulos receptores, e em oito unidades no transmissor. 
Módulos com estes contadores iguais a zero são considerados. Normais. Para os casos em que 
os contadores contêm valores entre 1 e 127, os módulos são considerados Error Active. 
Contadores contendo valores entre 128 e 255 colocam os módulos em condição de Error 
Passive. Finalmente, para contadores contendo valores superiores a 255, os módulos serão 
considerados em Bus Off e passarão a não mais atuar no barramento. Estes contadores também 
são decrementados a medida que mensagens corretas são recebidas, o que reduz o grau de 
incerteza em relação a atividade dos módulos ora com contadores contendo valores diferentes 
de zero e possibilita novamente a plena participação deles no barramento. 
Nível Físico – Para os barramentos com 2 e 4 fios, caso algo de errado venha a ocorrer com os 
fios de dados CAN_H e CAN_L, a rede continuará operando sob uma espécie de modo de 
segurança. Seguem abaixo algumas das condições de falha nas linhas de comunicação que 
permitem a continuidade das atividades da rede: 
• Curto do CAN_H (ou CAN_L) para GND (ou VCC); 
• Curto entre os fios de dados CAN_H e CAN_L; 
• Ruptura do CAN_H (ou CAN_L); 
Uma rede CAN, dependendo da sua aplicação, poderá ter até centenas de módulos conectados. 
O valor máximo para a conexão de módulos em um barramento depende da norma que se utiliza 
na dada aplicação. 
Toda rede CAN possui 2 Terminadores. Estes terminadores nada mais são que resistores com 
valores entre 120 e 124 ohms, conectados à rede para garantir a perfeita propagação dos sinais 
elétricos pelos fios da mesma. Estes resistores, um em cada ponta da rede, garantem a reflexão 
dos sinais no barramento e o correto funcionamento da rede CAN. 
Outra característica de determinadas aplicações fundamentadas no CAN é que estas poderão 
ter duas ou mais sub-redes trabalhando, cada qual, em uma velocidade diferente. Os dados são 
transferidos de uma sub-rede para a outra através de módulos que atuam nas duas sub-redes. 
Estes módulos são chamados de Gateways. 
A Figura abaixo ilustra a rede CAN de um sistema automotivo, com duas sub-redes e dois 
terminadores. O Gateway desta aplicação é o Painel de Instrumentos. 
 
 
 
 
 
 
d) Existe comunicação síncrona e assíncrona. Explique suas 
características (vantagens e desvantagens). 
Resp.: 
COMUNICAÇÃO DE DADOS ASSÍNCRONA 
Na Transmissão Assíncrona, um bit especial é inserido no início e no fim da 
transmissão de um caractere e assim permite que o receptor entenda o que foi 
realmente transmitido. Imagine uma seqüência de dados que precisam ser 
transmitidos. Cada bloco de dados possui uma flag (espécie de controle) que informa 
onde começa e onde acaba esse bloco, além da posição na sequência de dados 
transmitida. 
Com isso, os dados podem ser transmitidos em qualquer ordem e cabe ao receptor 
interpretar essas informações e colocá-los no lugar correto. Porém, a desvantagem é a 
má utilização do canal, pois os caracteres são transmitidos irregularmente, além de um 
alto overhead (os bits de controle que são adicionados no início e no fim do caractere), 
o que ocasiona uma baixa eficiência na transmissão dos dados. 
COMUNICAÇÃO DE DADOS SÍNCRONA 
Na comunicação de dados síncrona, o dispositivo emissor e o dispositivo receptor 
devem estar num estado de sincronia antes da comunicação iniciar e permanecer em 
sincronia durante a transmissão. Imagine a mesma seqüencia de dados que precisa 
ser transmitida de maneira síncrona. Cada bloco de informação é transmitido e 
recebido num instante de tempo bem definido e conhecido pelo transmissor e receptor, 
ou seja, estes têm que estar sincronizados. Quando um bloco é enviado, o receptor é 
bloqueado e só pode enviar outro bloco quando o primeiro for recebido pelo receptor. 
AE5 
a) É solicitado verificar na sala de computadores da Estácio a 
capacidade do disco rígido do computador em uso e a memória RAM. 
Identificar o software que está sendo usado (plataforma Windows XP, 
Windows 7, outros). Pesquisar quais são as memórias mínima que o 
sistema opera. 
Resp.: 
Windows XP Professional – Mínimo de 64 MB de memória RAM, espaço em disco 
para armazenamento de 1,5 GB 
Windows Vista – Mínimo de 512 MB de memória RAM, espaço em disco para 
armazenamento de 15 GB 
Windows 7 – Mínimo de 1 GB de memória RAM (32 bits) ou 2 GB (64 bits), espaço em 
disco para armazenamento de 16 GB (32 bits) ou 20 GB (64 bits) 
Windows 8 – Mínimo de 1 GB de memória RAM (32 bits) ou 2 GB (64 bits), espaço em 
disco para armazenamento de 16 GB (32 bits) ou 20 GB (64 bits) 
 
 
 
 
b) Faça uma comparação entra seu computador pessoal e o 
microcontrolador 
PIC16F877A enquanto a: 
b1) Capacidade de memória. 
b2) Freqüência de operação da CPU. 
b3) Arquitetura. 
Nota: informações do microcontrolador podem ser encontradas em:www.microchip.com 
 
COMPUTADOR PESSOAL: 
PIC16F877 A: Frequência de Operação: 20 MHz 
Memória Flash de Programa (14-bit words): 8 K 
SRAM (Data Memory): 368 bytes 
EEPROM (Data Memory): 256 bytes 
Arquitetura: 
 
 
 
AE6 
a) Faça uma comparação entre os sinais analógicos e digitais. Cite 
exemplos. 
 
Resp.: Os sinais analógicos podem assumir uma quantidade infinita de valores. Se 
caracterizam por terem vários níveis de tensão em um determinado período de tempo 
(número infinito de valores distribuídos em uma faixa), consiste na variação de uma 
voltagem em relação ao tempo para representar um fluxo de informação. A informação 
"viaja" por meio de ondas eletromagnéticas. Este sinal é afetado por outros campos 
eléctricos que danificam a qualidade do sinal, a chamada estática; por outro lado, 
quanto maior a distância percorrida, menor a potência do sinal. 
Já os sinais digitais assumem valores em quantidade limitada. Neste o nível 1 equivale 
a uma tensão positiva e o nível zero equivale ao referencial zero volt. Possui largura 
de banda infinita. A informação viaja por "pacotes" de bits binários. Além de ser um 
meio de maior rapidez e qualidade, e de apresentar maior confiança, o sinal 
enfraquece mais lentamente, sendo que as despesas com o equipamento de 
amplificação são reduzidas. Adicionalmente, os amplificadores são mais eficazes visto 
que, dada a natureza do sinal, conseguem distinguir o ruído do sinal, permitindo maior 
clareza mesmo nas comunicações de longa distância. 
Temos como exemplos de sinais analógicos os sistemas de telefonia e TV tradicional, 
nossa voz, etc. E como exemplos de sinais digitais podemos citar o novo sistema de 
TV digital. 
 
b) O Jorge diz que seu microcontrolador tem um conversor A/D e o 
João informa que o mesmo microcontrolador tem 8 entradas 
analógicas. Informar quem está certo e quem está errado. Explique 
esta situação. Faça desenhos. 
 
Resp.: Ambos estão certos, pois nos conversores tipo A/D (de analógico para digital) 
há entradas analógicas para que se possa fazer a leitura de sinais analógicos para 
posteriormente serem convertidos em sinais do tipo digital. 
 
c). Faça uma comparação entre 3 tipos de conversores A/D. 
 
Resp.: Farei comparação entre os seguintes tipos de conversores A/D: 
- Paralelo (ou Flash) 
- Tipo Contador 
- Aproximação Sucessiva 
TIPO PARALELO OU FLASH 
A grande vantagem do conversor A/D paralelo é a grande rapidez na conversão, 
porque o sinal analógico de entrada é comparado diretamente e simultaneamente com 
cada nível de voltagem de referência em comparadores distintos. A figura abaixo 
mostra um exemplo de conversor A/D paralelo de 3 bits, sendo que a voltagem de 
entrada analógica de entrada é comparada às voltagem fixas de referências para cada 
nível do código digital, do início a te o fim da escala. Para uma resolução de N bits são 
necessários (2N – 1) comparadores e igual quantidade de níveis de referência. 
 
 
A grande dificuldade ou desvantagem dos conversores A/D paralelo é o aumento do 
número de comparadores de latch e complexidade do codificador à medida que se 
aumenta a resolução, isso 
Ocasiona um enorme aumento na área de silício e consumo de potência, devido ao 
grande número de componentes. O conversor A/D paralelo é o mais rápido dentre 
todos os tipos de conversores e normalmente é construído utilizando-se a versão mais 
rápida de uma determinada tecnologia. 
TIPO CONTADOR 
Este tipo de conversor, também chamado de conversor “staircase” é bastante simples. 
A figura a seguir mostra na forma de diagrama de bloco a estrutura desse conversor. A 
saída de um contador binário de N bits (paralelos) alimenta um conversor D/A , cuja 
saída é incrementada e dirigida para a entrada de um comparador juntamente com o 
sinal analógico de entrada a ser digitalizado. Quando os dois sinais (saída do 
conversor D/A e sinal analógico de entrada) ficarem iguais, o sinal de saída do 
comparador para os contadores binários, cujo valor nesse instante é colocado na 
saída do conversor A/D e corresponde ao valor digital equivalente ao nível de 
voltagem do sinal analógico e novamente e ciclo se repete. Esse tipo de conversor é 
considerado lento porque a cada ciclo de conversão a contagem deve ser repetida até 
alcançar o valor digital equivalente ao sinal de entrada, o que pode demorar vários 
ciclos de clock. 
 
 
Este conversor é adequado para o uso em aplicações onde é necessária uma boa 
resolução e uma taxa de conversão moderada. Por exemplo, um conversor com 
resolução de 14 bits e taxa de amostragem de 100 kHz. 
 
APROXIMAÇÃO SUCESSIVA 
Esta técnica é muito utilizada no conversor disponível comercialmente, principalmente 
que esta é a uma das que mais se aproxima da técnica tipo “flash” sem as 
desvantagens conhecidas. 
A figura abaixo mostra um conversor A/D que utiliza a técnica de aproximação 
sucessiva. Como pode ser observado na figura este tipo de conversor utiliza uma 
técnica de realimentação para relacionar uma 
Tensão analógica de entrada com um código digital correspondente (conforme os N 
bits de resolução do conversor). 
 
 
 
Este conversor permite maiores resolução que o conversor paralelo e os seus pontos 
críticos são o comparador e o conversor D/A, e, além de um circuito “sample and 
hold”, S/H que deve ser colocado na entrada destes para manter a voltagem entrada 
amostrada constante em todo processo de conversão. O ciclo de conversão é de 
(N+2) ciclos de clock. 
 
d) Renato tem um Braço mecânico controlado por um microcontrolador. 
O braço pode girar 180 graus e é controlado pelo microcontrolador com 
um conversor D/A. O Renato deseja poder posicionar o braço de um em 
grau. Indicar o mínimo número de bits do conversor que atende esta 
situação. 
 
Resp.: Como o braço pode girar até 180 graus e Renato quer posicioná-lo a cada 
grau, logo teremos um total de 180 posições. Para o microcontrolador trabalhar com 
este total de posições são necessários 8 bits, pois com 8 bits é possível ter 256 
posições (28 = 256) e como com 7 bits teríamos apenas 128 posições (27 = 128) não 
nos atenderia. 
 
 
e) Uma válvula de controle de uma linha de vapor (de 0 a 100% de 
abertura) é 
Controlada por uma corrente de 4 a 20 miliAmpers. A corrente é 
fornecida por um micro controlador que tem na saída um conversor D/A. 
Indicar o número mínimo de bits do conversor para mudar a válvula de 
um em um per cento. 
Resp.: São necessários 7 bits, já que trabalharemos com um total de 100 posições 
(100%). Como 6 bits nos dá apenas 64 pontos (26 = 64), logo 7 bits nos fornece um 
total de 128 pontos (27 = 128).