Publicação em Diário da República: Despacho n.º 7795/2021 - 09/08/2021
6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 42,0 PL + 28,0 TP , Cód. 91122.
Docente(s)
- Manuel Fernando Martins de Barros (1)(2)
(1) Docente Responsável
(2) Docente que lecciona
Pré-requisitos
Não aplicável.
Objetivos
Após a aprovação à unidade curricular, o aluno deverá ser capaz de:
- converter entre os sistemas numéricos decimal, binário, octal e hexadecimal
- calcular a adição, subtração, multiplicação e divisão binária
- usar a álgebra booleana para descrever e otimizar funções lógicas
- desenhar e interpretar diagramas lógicos com os respetivos símbolos de portas lógicas e componentes standard digitais
- conhecer as tecnologias de fabricação e as limitações das famílias lógicas digitais
- fazer a analise de circuitos lógicos combinatórios e sequênciais LSI, MSI e LSI
- implementar e solucionar problemas de circuitos lógicos combinatórios e sequenciais com circuitos padrão
- conhecer e projetar Máquinas de Estados Finitas
- usar ferramentas de simulação para simular circuitos lógicos combinatórios e sequenciais
- conhecer e explorar as técnicas de projeto baseados nas mais recentes ferramentas CAD e linguagens de descrição de hardware VHDL
- Projetar e programar circuitos lógicos usando linguagem de descrição de hardware VHDL.
Programa
1) Introdução.
- Organização da disciplina;
- Conceitos introdutórios;
- Quantidades digitais e analógicas: bits, níveis lógicos e sinais digitais;
- Operações e funções lógicas básicas;
- Circuitos digitais integrados.
2) Algebra de Boole
- Funções e expressões algébricas Booleanas;
- Leis, teoremas e postulados da Álgebra de Boole;
- Formas normalizadas das expressões booleanas e tabelas de verdade;
- Representação e minimização de funções booleanas;
- Mapas de Karnaugh, adjacência lógica e agrupamentos.
- Simplificações de expressões lógicas
- Simplificação de expressões lógicas utilizando os Postulados da Álgebra de Boole;
- Simplificação de expressões lógicas utilizando os Mapas de Karnaugh.
3) Representação digital de informação
- Bases de numeração e conversão entre bases;
- Sistemas de numeração;
- Operações aritméticas nas diferentes bases;
- Códigos para representação de números com sinal (complemento para 1 e para 2);
- Códigos binários para representação de números decimais;
- BCD, Excesso-3, Código Grey e Código ASCII.
- Representação binária de números reais vírgula fixa e flutuante
4) Tecnologias dos circuitos digitais e estudo das famílias lógicas
- Famílias lógicas TTL; Família CMOS;
- Atraso de propagação das portas lógicas e factor de mérito;
- Detecção de falhas na realização de circuitos digitais
- Saídas em "Totem-Pole" e saídas em três estados.
5) Circuitos Combinatórios de média complexidade
- Concretização de lógica combinatória em circuitos lógicos;
- Multiplexers e demultiplexers;
- Comparadores lógicos;
- Circuitos aritméticos (somadores, subtractores e multiplicadores);
- Codificadores e descodificadores;
6) Introdução às ferramentas CAD e linguagem VHDL
- Introdução às Ferramentas de projeto CAD
- Linguagens de Descrição de Hardware
- VHDL básico - Estrutura de um componente, Tipos de dados, operadores
- Entidades, arquitetura, instanciação
- Instruções concorrentes vs sequenciais
- Atribuição de sinais
- Clock e Testbench em VHDL
- Exemplos de programação VHDL
7) Circuitos sequenciais
- Comportamento sequencial de circuitos;
- Circuitos sequenciais Síncronos e Assíncronos;
- Elementos básicos: Latch NOR, NAND e Latch D;
- Flip-flops: JK, D e T;
- Máquinas de Moore e de Mealey;
8)Análise e Síntese de circuitos sequenciais- Máquinas de Estados Finitas
- Análise e síntese de circuitos sequenciais;
- Circuitos auto-correctores;
- Projeto de circuitos sequenciais de baixa complexidade;
- Introdução às Máquinas de Estado Finitas;
- Programação em VHDL de circuitos sequenciais e de Máquinas de Estado Finitas
9) Contadores, Registos e Memórias
- Características e utilização dos registos de deslocamento;
- Contadores síncronos/assíncronos Incrementador e Decrementador;
- Contadores por pulsação ("Ripple Counters");
- Circuitos integrados contadores;
- Estrutura das memórias de semicondutores;
- Memórias só de leitura, ROMs; Memórias de acesso aleatório RAMs;
- Implementação com ROMs.
10) Dispositivos de Lógica Programável
- Introdução ao estudo de lógica programável;
- Dispositivos programáveis EPROM, PLAs, PALs;
- Implementação de circuitos combinatórios/sequenciais programáveis; Programação de PALs.
- Introdução às CPLD e FPGAS
Metodologia de avaliação
As aulas práticas acompanham o programa teórico, permitindo assim ao aluno complementar os conhecimentos adquiridos nas aulas teóricas, bem como ser avaliado sobre a implementação de circuitos combinatórios e sequenciais.
Componentes de Avaliação:
Nota final é a média das seguintes componentes:
a) Exame escrito (E)
b) Trabalhos desenvolvidos nas aulas práticas de Laboratório (L)
c) Realização de um projeto (P)
A classificação final é dada por: F = 0,6*E + 0,3*L + 0,1*P
Nota mínima:
Mínimo de 8,5 valores na componente a)
Mínimo de 10 valores para a componente b)
Bibliografia
- Arroz, G. e Monteiro, J. e Oliveira, A. (2009). Arquitectura de Computadores: dos Sistemas Digitais aos Microprocessadores. (Vol. 1). http://www.wook.pt/ficha/arquitectura-de-computadores/a/id/190902: IST - Instituto Superior Técnico
- Barros, M. (2024). INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DIGITAIS E À LÓGICA PROGRAMÁVEL FUNDAMENTOS BÁSICOS. (Vol. 1). IPT: Instituto Politécnico de Tomar
- Dias, M. (2013). Sistemas Digitais - Princípio e prática. (Vol. 1). Portugal: https://www.fca.pt/cgi-bin/fca_main.cgi/?op=2&isbn=978-972-722-700-6: FCA Editora de Informática, Lda
- Harris, D. e Harris, S. e , . (2013). Digital Design and Computer Architecture, 2nd Edition. https://www.elsevier.com/books/digital-design-and-computer-architecture/harris/978-0-12-394424-5: Elsevier
- Tocci, R. (2009). Digital Systems - Priciples and Applications. http://www.pearsonhighered.com/educator/product/Digital-Systems-Principles-and-Applications-11E/9780135103821.page: Perason - Prentice Hall
Método de Ensino
Aulas teóricas práticas expositivas, Aulas de resolução de problemas; Aulas práticas laboratoriais.
Software utilizado nas aulas
Ferramentas gratuitas:
Logisim (http://www.cburch.com/logisim)
Eagle (http://www.cadsoftusa.com)
LTSpice (http://www.linear.com/designtools/software/)
Ferramentas comerciais:
MultiSim (http://www.ni.com/multisim/pt/)
Proteus (http://www.labcenter.com/)
Aprovado em Conselho Técnico Cientifico: 11 de dezembro de 2024
Download da Ficha da Unidade Curricular (FUC)
